二维湍流的理论和并行计算技术研究

来源 :中国科学院研究生院 中国科学院数学与系统研究院计算数学研究所 中国科学院数学与系统科学研究院 中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yi123400
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二维(或准二维)湍流的研究在大气和海洋的流动中的应用占有重要地位。二维湍流的统计力学在其中发挥了极其重要的作用:迄今为止二维湍流在双周期边条件情况下两种最重要的结构(“dipole”和“bar”形结构)都是在统计力学的理论指导下,通过直接数值模拟的方法发现的。湍流的直接数值模拟是进行湍流研究的最有效地计算方法,但是在二维情况下因其计算量的相对减少和CPU之间通讯时间在整个计算时间中所占比例的相对加大,通常在三维情况下采用的并行计算方法不再适用。我们发现通过分任务并行的方法不仅简单,而且比传统的方法更有效。本研究将一方面试图完善和发展二维湍流中的一些基础理论;另一方面把分任务的并行计算方法和传统的区域分解法结合起来,力求发展一种在湍流直接数值模拟领域(不仅限于二维,也包括三维)最快的并行计算策略。  本文的主要结论是:  1.对二维湍流最终状态给出了一个完整的定义。发现了前人发展的二维湍流统计理论中的不完备性。  2.二维湍流的最终状态更多的取决于初始的流场;雷诺数对最终状态的流场影响相对较小,但是对涡量和流函数的相互关系影响较大。  3.在二维情况下,把分任务和区域分解法结合起来,可以较大的提高程序的并行效率,这种方法对于低分辨率的程序或应用较多的处理器计算高分辨率的程序时更为有效。  4.未来对于三维程序并行效率的提高依赖于分任务和区域分解法的有效结合。
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