GPU 加速的移动边界和流体-结构相互作用极端规模模拟
计算物理
2026-05-07 v1 分布式、并行与集群计算
流体动力学
摘要
涉及移动和变形物体的计算流体力学和流体-结构相互作用仿真极其困难。本文提出了针对图形处理器（GPU）优化的尖端浸入边界方法实现。该方法允许在笛卡尔网格上对复杂静止及移动物体进行仿真。我们基于 ViCar3D 框架实现，并利用 OpenACC、CUDA、NCCL 和 MPI。我们在网格规模从 O(10 million) 至 O(10亿) 点之间进行测试，并实现了比现有 CPU 实现快 20 倍。我们随后展示了多 GPU 实现，通过利用 CUDA 流和 NCCL 通信器实现，使我们能够获得 >90% 的强和弱扩展效率。接下来我们演示了所开发软件用于模拟飞行中振翅蝴蝶翅膀的湍流流体流动和耦合流体-结构相互作用，Re=5000。
引用
@article{arxiv.2605.04335,
title = {GPU-Accelerated Simulations of Problems with Moving Boundaries and Fluid-Structure Interaction at Extreme Scales},
author = {Sushrut Kumar and Joshua Romero and Jung-Hee Seo and Massimiliano Fatica and Rajat Mittal},
journal= {arXiv preprint arXiv:2605.04335},
year = {2026}
}