[发明专利]一种格子玻尔兹曼方法的并行加速方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及计算流体力学领域，尤其涉及一种格子玻尔兹曼方法的并行加速方法及系统。

背景技术

格子玻尔兹曼方法(Lattice Boltzmann Method，LBM)是介于微观分子动力学方法和基于连续介质假设的宏观方法之间的一种介观方法。该方法与传统的流体模拟方法不同，它基于分子动理论，通过跟踪粒子分布函数的输运而后对分布函数求矩来获得宏观平均特性。

格子Boltzmann方法的动理论特性使得它在模拟许多复杂流动的时候更有效，如多孔介质流动、悬浮流、多相流、多组分流等。格子Boltzmann方法具有天生的并行特性，以及边界处理简单、程序易于实施等优点。

采用LBM方法求解物理问题时的基本过程如图1所示。

对于一个特定的物理问题，首先进行如图1中步骤S110至步骤S130的辅助步骤。

步骤S110，基于各种简化假设，进行物理建模，确定出计算区域、初始条件以及边界条件等，并根据物理问题的不同，选择相应的格子Boltzmann模型。

步骤S120，进行网格划分，确定节点。假设网格划分大小为NX*NY，其中，NX为x方向的大小，NY为y方向的大小。

步骤S130，根据不同格子Boltzmann模型，选择控制方程，并对控制方程进行离散。如采用标准格子Boltzmann方法对等温不可压缩流动进行模拟，则离散后的控制方程为LBGK方程。

前面这3步是在数值模拟之前就进行的。随后进入数值模拟阶段。

步骤S140，根据物理问题，给定所有格点上的宏观参量(密度、速度、黏性系数等)，并由此计算出所有格点上各个方向的平衡分布函数，以此作为计算的初场。

步骤S150，求解离散后的控制方程，例如，采用迁移碰撞规则求解LBGK方程。

步骤S160，根据边界条件，在相应边界格点上实施边界处理格式。

步骤S170，基于不同格子Boltzmann模型的宏观量的定义法则，计算各格点上的宏观参量。

步骤S180，判断计算是否收敛，若计算收敛，则转步骤S190；否则返回步骤S150继续求解。

步骤S190，输出计算结果。

广泛应用的格子-Boltzmann单松弛时间近似BGK模型基于如下的演化方程：

fi(x→+e→iδt,t+δt)=fi(x→,t)-1τ[fi(x→,t)-fieq(x→,t)],i=0...N]]>式(1)