高阶精度CFD应用在天河2系统上的异构并行模拟与性能优化

在当前主流的众核异构高性能计算机平台上开展超大规模计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)应用的高效并行数值模拟仍然面临着一系列挑战性技术问题,也是该领域的热点研究问题之一.面向天河2高性能异构并行计算平台,针对高阶精度CFD流场数值模拟程序的高效并行进行了探索,重点讨论了CFD应用特点与众核异构高性能计算机平台特征相适应的性能优化策略,从任务分解、并行度挖掘、多线程优化、SIMD向量化、CPU与加速器协同优化等方面,提出一系列性能提升技术.通过在天河2高性能异构并行计算平台上进行了多个算例的数值模拟,模拟的最大CFD规模达到1 228亿个网格点,共使用约59万CPU+MIC处理器核,测试结果表明移植优化后的程序性能提高2.6倍左右,且具有良好的可扩展性.

冠状动脉旁路移植术后竞争血流对桥血管血流动力学的影响

目的研究冠状动脉旁路移植术后,不同程度竞争血流对左侧胸廓内动脉管壁壁面切应力(wall shear stress,WSS)的影响。方法基于阈值分割方法,通过采用SimVascular软件从CT图像提取并重建左侧胸廓内动脉(left internal mammary artery,LIMA)-左前降支(left anterior descending,LAD)吻合口模型。根据LAD的狭窄程度将竞争血流分为无竞争(100%狭窄)、轻度竞争(50%、75%狭窄)和高度竞争血流(0%、30%狭窄)3组。通过数值模拟方法观察上述情况下吻合口模型的血流动力学表现。结果随着竞争血流的增加,LIMA桥血管管壁WSS逐渐降低,但是震荡程度逐渐增加。高度竞争血流组LIMA管壁平均WSS(0%狭窄:2.73 Pa,30%狭窄:2.85 Pa)明显低于轻度竞争血流组(50%狭窄:4.77 Pa,75%狭窄:6.01 Pa)和无竞争血流组(100%狭窄:8.64 Pa);而其震荡剪切指数(oscillatory shearindex,OSI)(0%狭窄:0.206,30%狭窄:0.085)却明显高于轻度竞争血流组(50%狭窄:0.014,75%狭窄:0.013)和无竞争血流组(100%狭窄:0.006)。结论当LAD狭窄程度小于50%时,大量的竞争血流会使LIMA管壁WSS明显降低,并且呈剧烈震荡的状态,这种不利的WSS表现会影响LIMA的远期通畅率,并造成手术远期疗效的下降。

辐流式沉淀池固液两相流三维数值模拟

结合高雷诺数k-ε模型,建立了辐流式沉淀池三维两相流紊流模型,在动量方程中考虑了曳力、虚拟质量力、升力的作用,以及悬浮物浓度的影响。在考虑池形结构变化条件下,对辐流式二沉池三维流态及悬浮物分布进行了模拟研究。结果表明:环向流速受池底、边壁、进口挡板及出口溢流堰影响较大,与假设切向速度为零的理想沉淀池存在很大差异,三维模型能更好的反映水流和悬浮物变化;采用外堰出水效果很差;当距离池壁2m时,采用内侧堰出水和双堰出水,其去除效果较外堰出水明显改善;与Deininger等的实测资料进行了对比,模拟值与实测值吻合较好。