张冉
- 作品数：10 被引量：14H指数：2
- 供职机构：国防科技大学更多>>
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- 相关领域：理学航空宇航科学技术文化科学一般工业技术更多>>
- 应用多GPU的可压缩湍流并行计算被引量：2
- 2015年
- 利用CUDAF0rtrall语言发展了基于图形处理器（GPU）的计算流体力学可压缩湍流求解器。该求解器基于结构网格有限体积法，空间离散采用AUSMPW＋格式，湍流模型为k-ωSST两方程模型，采用MPI实现并行计算。针对最新的GPU架构，讨论了通量计算的优化方法及GPU计算与PCIe数据传输、MPI通信重叠的多GPU并行算法。进行了超声速进气道及空天飞机等算例的数值模拟以验证GPU在大网格量情况下的加速性能。计算结果表明：相对于IntelXeonE5—2670CPU单一核心的计算时间，单块NVIDIAGTX孔tanBlackGPU可获得107—125倍的加速比。利用四块GPU实现了复杂外形1．34亿网格的快速计算，并行效率为91．6％。
- 曹文斌李桦谢文佳张冉
- 关键词：CUDA图形处理器湍流并行计算计算流体力学
- 气体-壁面相互作用特性的分子动力学模拟研究
- 针对气体与壁面相互作用的微观过程,采用分子动力学模拟方法,构建适当的固体壁面模型及气体分子模型,对气体分子在固体表面的运动行为展开细致的研究.
- 张冉田正雨李桦
- 多GPU并行可压缩流求解器及其性能分析被引量：2
- 2018年
- 为实现可压缩流问题的大规模高效数值求解,开展基于图形处理单元(GPU)的并行计算研究。在NVIDIA GTX 1070上建立了基于消息传递接口+统一计算设备架构(MPI+CUDA)的多GPU并行可压缩流求解器,该求解器基于结构网格有限体积法,空间离散采用AUSM+UP格式。采用一维区域分解法对计算网格进行划分,使得各GPU之间达到负载平衡。针对超声速进气道算例,对算法单GPU并行性能和多GPU可扩展性能进行分析。数值结果显示,单GPU并行计算可以获得37~46倍的加速比,极大地提高了计算效率;4块GPU并行计算加速比从47倍增加到143倍,并行效率维持在70%以上,说明并行算法具有良好的可扩展性。
- 赖剑奇李桦张冉常青
- 关键词：加速比
- 基于分子动力学模拟的气固界面相互作用模型修正
- 气固界面相互作用是重要的力学基础问题。文章采用四种不同的气固界面相互作用模型计算Ar与金属Pt表面碰撞的相互作用,绘制了入射速度与反射速度的速度云图,发现镜面反射模型、漫反射模型、Maxwell模型均与分子动力学结果有较...
- 常青李桦张冉张烨
- 关键词：分子动力学BFGS
- 文献传递
- 稀薄气体滑移流动的分子动力学模拟
- <正>通过分子动力学方法对微尺度气体的Couette流动进行了研究,计算获取了不同模拟尺寸、壁面速度及气体密度下流体的速度分布、温度分布和数密度分布,反映出稀薄气体流动的滑移现象和高速条件下气体的压缩现象,并通过数据分析...
- 张冉田正雨谢文佳
- 文献传递
- 壁面效应对纳米尺度气体流动的影响规律研究被引量：4
- 2019年
- 采用分子动力学方法研究了过渡区纳米通道内的壁面力场对气体剪切流动的影响规律.在纳米尺度下,壁面力场对流场的主导作用更加显著,流动物理量对于壁面条件和系统温度的变化也更加敏感.壁面原子的运动采用Einstein模型模拟,结果表明随着壁面刚度的增加,气体在近壁面区域的速度峰值减小,气体分子与壁面的动量适应性变差.壁面粗糙度通过金字塔形模型来研究,发现无论是主流区域还是近壁区域,壁面粗糙度对流动的影响都非常明显.当粗糙单元高度增大时,气体分子在壁面处的聚集现象明显,与壁面完全动量适应.本文还研究了系统温度对纳米通道流动的影响,结果表明温度的影响是全局性的,温度的升高导致整个通道内流速降低,近壁区域气体密度减小,气-固动量适应性变差.
- 张烨张冉常青李桦
- 关键词：剪切应力
- 纳米通道内气体剪切流动的分子动力学模拟被引量：2
- 2018年
- 采用分子动力学模拟方法研究了表面力场对纳米通道内气体剪切流动的影响规律.结果显示通道内的气体流动分为两个区域:受壁面力场影响的近壁区域和不受壁面力场影响的主流区域.近壁区域内,气体流动特性和气体动力学理论预测差别很大,密度和速度急剧增大并出现峰值,正应力变化剧烈且各向异性,剪切应力在距壁面一个分子直径处出现突变.主流区域的气体流动特性与气体动力学理论预测相符合,该区域内的密度、正应力与剪切应力均为恒定值,速度分布亦符合应力-应变的线性响应关系.不同通道高度及密度下,近壁区域的归一化密度、速度及应力分布一致,表明近壁区域的气体流动特性仅由壁面力场所决定.随着壁面对气体分子势能作用的增强,气体分子在近壁区域的密度和速度随之增大,直至形成吸附层,导致速度滑移消失.通过剪切应力与切向动量适应系数(TMAC)的关系,得到不同壁面势能作用下的TMAC值,结果表明壁面对气体分子的势能作用越强,气体分子越容易在壁面发生漫反射.
- 张冉谢文佳常青李桦
- 关键词：剪切应力
- 稀薄气体滑移流动的分子动力学模拟
- 通过分子动力学方法对微尺度气体的Couette流动进行了研究,计算获取了不同模拟尺寸、壁面速度及气体密度下流体的速度分布、温度分布和数密度分布,反映出稀薄气体流动的滑移现象和高速条件下气体的压缩现象,并通过数据分析探讨了...
- 张冉田正雨谢文佳
- 宏观速度对适应系数的影响规律研究被引量：2
- 2019年
- 适应系数是稀薄气体动力学中的重要参数,反映了气体分子与固体表面的动量和能量适应程度,常常用于稀薄气体数值模拟的边界条件中.本文构建了单个气体分子Ar与金属Pt表面相互作用的物理模型,通过Phontom模型来构造固体壁面以反映真实物理特性.采用分子动力学方法模拟了气体分子在固体表面的碰撞过程,通过速度抽样使得入射气体具有宏观速度特征,根据入射前和反射后气体分子的平均动量和能量计算出切向动量适应系数、法向动量适应系数和能量适应系数,分别在光滑和粗糙表面下分析了适应系数随宏观切向速度和宏观法向速度的变化规律.结果显示,适应系数对于气体的宏观速度和表面粗糙度均表现出了很强的相关性.切向速度的增大使得气体分子与表面的作用时间缩短,适应系数减小,对于气固适应有消极的作用.当切向速度较大时会发生动量由切向向法向转移的情况.法向速度的增大对于光滑表面而言有助于气体分子与表面的动量和能量适应,对于粗糙表面而言却呈现相反的规律.
- 张烨张冉赖剑奇李桦
- 关键词：分子动力学
- 气体-表面相互作用的分子动力学模拟研究被引量：4
- 2018年
- 采用分子动力学模拟方法研究了气体分子Ar在光滑和粗糙Pt表面上的散射规律.提出了一种速度抽样方法,计算了不同温度条件下气体分子对光滑和粗糙表面的切向动量适应系数和吸附概率.结果显示:光滑表面条件下,气体分子的切向动量系数和吸附概率都随着温度的升高而降低;粗糙度对气体分子切向动量与表面的适应具有极大的促进作用,当粗糙度足够大时,切向动量适应系数的大小趋近于1.0,对温度的敏感性也逐渐降低.采用粒子束方法对气体分子在光滑和粗糙表面上的散射规律进行了定量分析.总结了散射过程中气体分子的典型轨迹和动量变化规律,将气体分子在光滑表面的散射分为两种类型:单次碰撞后散射和多次碰撞后散射.单次碰撞后散射的气体分子平均切向动量有所减小,而经过多次碰撞后散射的气体分子则倾向于保持原有的平均切向动量.对于粗糙表面,粗糙度的存在使气体分子与表面间的动量和能量适应更加充分,导致气体分子在较粗糙表面上散射后的平均切向动量大幅减小并接近于0,且气体分子在表面上经历的碰撞次数越多,其散射后的能量损失越严重.
- 张冉常青李桦
- 关键词：表面粗糙度吸附率
