流固耦合問題（fluid-solidinteraction,FSI）廣泛存在于海岸工程領(lǐng)域,如橋墩沖刷、物體入水以及海上浮式平臺等。隨著計(jì)算機(jī)性能的逐步提升和計(jì)算流體力學(xué)（computational fluiddynamics,CFD）的不斷發(fā)展,數(shù)值模擬已經(jīng)成為研究流固耦合問題的重要方式,盡管如此,高效且精確模擬復(fù)雜運(yùn)動(dòng)邊界下的流動(dòng)現(xiàn)象仍是一個(gè)不小的挑戰(zhàn)�；诘芽柧W(wǎng)格系統(tǒng)的浸入邊界法（immersed boundary method,IBM）無需貼合邊界,網(wǎng)格生成簡單,相較于貼體網(wǎng)格有著更高的效率,近些年來已經(jīng)成為研究此類現(xiàn)象的主要方法。本文以不可壓縮Navier-Stocks方程作為流體的控制方程,使用CIP-ZJU（Constrained Interpolation Profile method in Zhejiang University）模型進(jìn)行離散求解,采用基于虛擬單元（ghostcell）的浸入邊界法處理流固耦合問題,并提出一種“六點(diǎn)插值法”進(jìn)行改進(jìn)確保邊界處的二階精度。為了提升模型的計(jì)算效率,本文采用TensorFlow作為向量計(jì)算工具,使用卷積算子提取流場局部信息,... 

【文章來源】：浙江大學(xué)浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：91 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．１流固耦合問題計(jì)算網(wǎng)格??

對網(wǎng)格進(jìn)行局部加密以獲得更準(zhǔn)確的邊界條件，這些科學(xué)任務(wù)對于計(jì)算機(jī)的能力提出了??更高的要求。??如圖１．２所示，半個(gè)世紀(jì)以來，處理器中集成電路的數(shù)量按照摩爾定律維持著每隔??１８個(gè)月翻一番的速度，但是依然不能滿足當(dāng)前計(jì)算密集型的ＣＦＤ應(yīng)用對于計(jì)算性能的要??求。摩爾定律在未來并不能繼續(xù)適用，減小晶體管的尺寸可以增加集成電路的密度并提升??速度，但是隨之而來的是更大的功耗，目前使用空冷系統(tǒng)的集成電路散熱能力已趨于極??限［１９］，另一方面晶體管的制造工藝也存在瓶頸，英特爾公司自２０１４年的Ｂｒｏａｄｗｅｌｌ架構(gòu)??使用１４ｎｍ工藝以來至今再沒有進(jìn)行升級，圖１．２中可以看出近年來ＣＰＵ主頻的提升逐??漸放緩，依靠處理器性能增加獲得更高的計(jì)算效率已經(jīng)非常困難。因此依靠多核架構(gòu)的并??行計(jì)算成為了提高計(jì)算機(jī)運(yùn)算效率的重要途徑。近年來，高性能并行計(jì)算在計(jì)算流體力學(xué)??領(lǐng)域的應(yīng)用越來越多【２０￣２７］

用于大規(guī)模機(jī)器學(xué)習(xí)任務(wù)，憑借優(yōu)秀的跨平臺能力、完善的社區(qū)支持、高效的實(shí)現(xiàn)方式和??完整的解決方法，目前已成為深度學(xué)習(xí)領(lǐng)域最為流行的計(jì)算框架。ＴｅｎｓｏｒＦｌｏｗ通過計(jì)算圖??（ｃｏｍｐｕｔｅ?ｇｒａｐｈ）來執(zhí)行計(jì)算流程，圖１．３是計(jì)算圖的一個(gè)示例，其中每一個(gè)節(jié)點(diǎn)（ｎｏｄｅ）??表示一個(gè)操作（ｏｐｅｒａｔｉｏｎ），每個(gè)操作可以有零或多個(gè)輸入輸出，圖中的邊（ｅｄｇｅ）表示數(shù)??據(jù)流動(dòng)的方向，在ＴｅｎｓｏｒＦｌｏｗ中數(shù)據(jù)都以張量（ｔｅｎｓｏｒ）形式存儲，張量可以是任意維度??的數(shù)組，當(dāng)張量沿著計(jì)算圖流動(dòng)完成后，整個(gè)計(jì)算的過程也隨之完成，這也是ＴｅｎｓｏｒＦｌｏｗ??名字的由來。用戶在客戶端上通過會話接口與系統(tǒng)進(jìn)行交互，將定義好的計(jì)算圖重復(fù)執(zhí)行??多次以提高計(jì)算效率。??ｉ?ｉ??Ｃ＾ｅＬＵｊ??［Ａｄｄ?）??［Ｍａｔｉｌｕｌ］??圖１．３?ＴｅｎｓｏｒＦｌｏｗ計(jì)算圖示例??截止到目前為止，ＴｅｎｓｏｒＦｌｏｗ?支持?ＭａｃＯＳ、Ｌｉｎｕｘ、Ｗｉｎｄｏｗｓ、Ａｎｄｒｏｉｄ?和?ｉＯＳ?操作??系統(tǒng)，并可以在ＣＰＵ、ＧＰＵ、ＴＰＵ、ＦＰＧＡ等硬件架構(gòu)上實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的本地、分布式并行??６??

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Numerical simulation of viscous flow past an oscillating square cylinder using a CIP-based model[J]. 付英男,趙西增,曹飛鳳,張大可,程都,李莉.  Journal of Hydrodynamics. 2017(01)
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博士論文
[1]基于浸入邊界法的復(fù)雜流動(dòng)多尺度模擬[D]. 狄升斌.中國科學(xué)院研究生院(過程工程研究所) 2015

碩士論文
[1]強(qiáng)非線性自由面運(yùn)動(dòng)的CFD模型研究[D]. 葉洲騰.浙江大學(xué) 2016



本文編號：3341138