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基于CUDA实现直接模拟蒙特卡罗方法的并行研究
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作者 徐兴勤 梁立振 +5 位作者 徐伟 吴浩 邹尚轩 刘婷 刘洋 李浩 《核电子学与探测技术》 北大核心 2025年第9期1374-1380,共7页
基于负离子源的中性束注入是未来核聚变点火的重要加热技术,负氢离子束流大小是其重要指标之一,金属铯注入可以有效提高离子源中负氢离子的产额,因此铯在离子源内部的分布对提升束功率具有重要作用。本文借助直接模拟蒙特卡罗(DSMC)方... 基于负离子源的中性束注入是未来核聚变点火的重要加热技术,负氢离子束流大小是其重要指标之一,金属铯注入可以有效提高离子源中负氢离子的产额,因此铯在离子源内部的分布对提升束功率具有重要作用。本文借助直接模拟蒙特卡罗(DSMC)方法对注铯喷嘴进行模拟计算,研究铯注入量和喷发曲线对离子源内铯分布的影响。针对DSMC方法在中央处理器(CPU)串行计算中效率低的问题,本文基于CUDA架构实现分子运动、网格索引、碰撞计算与统计采样的全GPU并行化。本文通过对比串行和并行计算结果,验证并行程序的正确性,在不同算例均保持良好计算精度的前提下,并行加速比可达到11.6倍,具体并行效率取决于计算规模,最后成功利用这个并行程序实现注铯喷嘴处铯通量分布的数值模拟。 展开更多
关键词 直接模拟蒙特卡罗(dsmc) CUDA GPU 并行计算
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DSMC/EPSM混合算法研究 被引量:11
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作者 陈伟芳 吴明巧 任兵 《计算力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2003年第3期274-278,共5页
将EPSM算法与DSMC方法结合,构造了可模拟含近连续流区及过渡流区的DSMC/EPSM混合算法。运用混合算法模拟了马赫数等于5时超音速竖板绕流及马赫数等于4时超音速平板绕流,并将结果与DSMC算法的结果进行比较,证明了DSMC/EPSM混合算法的有效... 将EPSM算法与DSMC方法结合,构造了可模拟含近连续流区及过渡流区的DSMC/EPSM混合算法。运用混合算法模拟了马赫数等于5时超音速竖板绕流及马赫数等于4时超音速平板绕流,并将结果与DSMC算法的结果进行比较,证明了DSMC/EPSM混合算法的有效性,同时将EPSM算法与DSMC算法的效率进行了比较。 展开更多
关键词 dsmc/EPSM混合算法 气体动力学 蒙特卡罗直接模拟法 平衡粒子模拟法 超音速平板绕流 稀薄气体流动
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基于压力边界的微流道气体流动数值模拟方法 被引量:2
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作者 叶建军 刘鹏飞 +3 位作者 杨健 郑津洋 贺世正 李维仲 《浙江大学学报(工学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第5期820-825,共6页
基于单元格压力线形假设,提出了一种处理微流道压力边界的新方法.将此方法应用于直接蒙特卡罗(DSMC)方法,分别对在4种压力边界条件下的微流道气体流场进行了数值模拟,获得了微尺度流场的速度分布及压力分布,并比较了在各种压力边界条件... 基于单元格压力线形假设,提出了一种处理微流道压力边界的新方法.将此方法应用于直接蒙特卡罗(DSMC)方法,分别对在4种压力边界条件下的微流道气体流场进行了数值模拟,获得了微尺度流场的速度分布及压力分布,并比较了在各种压力边界条件下微流场的稀薄特性和沿程压力的线性度分布.研究表明,采用此方法获得的速度和压力模拟解与解析解比较一致;在整体更为稀薄的微流场中,由此方法给出的沿程压力分布线性度更好,Knudsen数变化更大.进出口速度收敛性分析表明,此方法不仅具有稳定的收敛性,而且与现有方法相比收敛更快. 展开更多
关键词 微流道 稀薄特性 直接蒙特卡罗(dsmc) 压力边界
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稳态等离子体推力器羽流数值模拟 被引量:1
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作者 钱中 王平阳 +1 位作者 杜朝辉 康小录 《固体火箭技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第5期484-488,共5页
以国内研制的稳态等离子体推力器羽流为研究对象,建立了基于粒子单元法和直接蒙特卡罗模拟法的数值仿真模型,简化了电子动量方程,运用Boltzmann关系式求解了等离子体电势,研究了羽流电子数密度、离子电流密度及流场温度分布。通过与实... 以国内研制的稳态等离子体推力器羽流为研究对象,建立了基于粒子单元法和直接蒙特卡罗模拟法的数值仿真模型,简化了电子动量方程,运用Boltzmann关系式求解了等离子体电势,研究了羽流电子数密度、离子电流密度及流场温度分布。通过与实验数据和已有数值结果对比,以验证模型和编制的程序。研究表明,羽流出口下游0.3-1.0 m处的羽流中心电子数密度约为2.5×10^16-5×10^15m^-3,电流密度约为65-1 A/m^2。文中工作对分析等离子体羽流污染具有参考意义。 展开更多
关键词 电推力器 等离子体羽流 粒子单元法(PIC) 直接蒙特卡罗模拟法(dsmc)
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两种用于NS-DSMC耦合方法的连续失效参数对比 被引量:3
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作者 唐振宇 蔡国飙 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第3期389-393,共5页
NS-DSMC(Navier Stokes-Direct Simulation Monte Carlo)耦合方法是计算连续-稀薄跨流域流动的主要方法,应用过程中如何确定连续流域和稀薄流域的界面是此方法的关键问题之一,界面位置通常通过连续失效参数来判定.为合理选择连续失效参... NS-DSMC(Navier Stokes-Direct Simulation Monte Carlo)耦合方法是计算连续-稀薄跨流域流动的主要方法,应用过程中如何确定连续流域和稀薄流域的界面是此方法的关键问题之一,界面位置通常通过连续失效参数来判定.为合理选择连续失效参数,对目前广泛使用的两种连续失效参数KnQ和B参数进行了理论上的分析和比较,表明虽然他们建立的出发点不同,但在数学形式上具有一定相似性.通过圆柱绕流问题的数值试验进一步验证了两种连续失效参数具有一定对应关系.KnQ和B两种连续失效参数在NS-DSMC耦合方法中应用效果相差不大,但KnQ的阈值0.05适用范围较广,而B参数的阈值对不同流动问题会有变化. 展开更多
关键词 直接模拟蒙特卡罗 NS—dsmc耦合方法 连续失效参数 Chapman-Enskog 速度分布函数
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动态网格的DSMC方法在GPU上的并行
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作者 文敏华 林新华 Simon Chong Wee See 《计算机科学与探索》 CSCD 2013年第5期472-479,共8页
直接模拟蒙特卡罗方法(direct simulation Monte Carlo,DSMC)是稀薄气体动力学领域的重要工具。然而,DSMC方法有两个比较主要的缺点:一是复杂的网格处理;另一个是庞大的计算量。使用动态网格的DSMC方法可以根据流场信息,动态生成自适应... 直接模拟蒙特卡罗方法(direct simulation Monte Carlo,DSMC)是稀薄气体动力学领域的重要工具。然而,DSMC方法有两个比较主要的缺点:一是复杂的网格处理;另一个是庞大的计算量。使用动态网格的DSMC方法可以根据流场信息,动态生成自适应的碰撞网格,能有效解决前一个缺点;针对后一个缺点,使用统一计算架构(compute unified device architecture,CUDA)编写并行程序,将基于动态网格的DSMC方法移植到图形处理器(graphic processing unit,GPU)上以减少计算时间。在并行实现中,GPU负责绝大部分的计算,而CPU只负责初始化、结果输出等少量工作。使用一个二维超音速横掠平板问题作为算例,验证了并行程序的正确性。对于不同规模的算例,在NVIDIA Fermi C2050之上均获得了10倍以上的加速比;对于相同算例,NVIDIA最新发布的Kepler K20上的速度约为FermiC2050上的1.3~1.6倍。 展开更多
关键词 统一计算架构(CUDA) 图形处理器(GPU) 直接模拟蒙特卡罗方法(dsmc) 动态网格dsmc 并行模拟
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盘型分子泵3D过渡流特性 被引量:3
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作者 巴德纯 刘波 +2 位作者 王晓冬 杨乃恒 于治明 《真空科学与技术学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2004年第1期11-15,共5页
采用直接模拟蒙特卡罗方法对过渡流态下盘型分子泵的抽气特性进行了模拟研究 ,并讨论了盘型分子泵通道几何参数对流动特性的影响。指出了通过改变泵的尺寸参数提高抽气系数的途径。最后 ,进行了实验研究和模拟研究结果的对比 。
关键词 盘型分子泵 过渡流特性 抽气特性 直接模拟蒙特卡罗 dsmc 麦氏分布
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地外天体起飞羽流导流气动力效应仿真 被引量:6
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作者 苏杨 蔡国飙 +3 位作者 舒燕 叶青 张明星 贺碧蛟 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第7期1415-1423,共9页
探测器自地外天体采样返回过程中,发动机羽流作用于起飞平台后返流至起飞器表面,产生气动力效应及干扰力矩。针对圆锥形羽流导流结构,利用计算流体力学/直接模拟蒙特卡罗(CFD/DSMC)耦合方法,对起飞器距离起飞平台200~700 mm,偏转角度0&#... 探测器自地外天体采样返回过程中,发动机羽流作用于起飞平台后返流至起飞器表面,产生气动力效应及干扰力矩。针对圆锥形羽流导流结构,利用计算流体力学/直接模拟蒙特卡罗(CFD/DSMC)耦合方法,对起飞器距离起飞平台200~700 mm,偏转角度0°~5°范围内的羽流导流气动力效应进行了仿真计算。计算结果表明,随着上升距离增加和偏转角度增大,起飞器受到的力矩出现了反向增加现象,严重影响起飞稳定。研究发现,上述现象产生的主要原因为偏转角度增加时,起飞器距离起飞平台较远一侧的羽流与起飞平台作用点由圆锥导流结构逐渐偏移至平面位置,导致羽流作用于起飞平台后的流动方向由贴近起飞平台向侧面流动急剧转变为反弹至起飞器底面方向流动,从而使远离起飞平台的一侧所受力矩高于靠近起飞平台一侧,产生反向力矩。 展开更多
关键词 计算流体力学/直接模拟蒙特卡罗(CFD/dsmc)耦合 真空羽流 地外天体起飞 力热效应 导流装置
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