近年來,隨著天然氣在我國能源結構中的比重日益增加,天然氣管道建設工作如火如荼,與此同時,各地區(qū)天然氣管網并網運行的趨勢也愈發(fā)明顯,可以預見,我國獨立的天然氣管網規(guī)模將會在未來數(shù)年內顯著增大。因此,作為管網工藝設計、運行分析的重要手段,天然氣管網仿真技術將在未來管網建設運營中扮演更加重要的角色。目前常用的天然氣管網仿真軟件在面向大型復雜管網時其計算效率仍有欠缺,本文基于近年來在高性能計算領域異軍突起的GPU異構計算技術,設計了適用于該異構平臺的并行仿真算法,開發(fā)了天然氣管網仿真的GPU程序,在保證計算精度的前提下,相比于商業(yè)軟件SPS取得了高達57.57倍的加速比。在這個過程中,我們首先根據天然氣管網拓撲結構和方程組的特點,發(fā)展了DIMENS（Decoupled Implicit Method for Efficient Network Simulation）算法,該方法將管網各元件的計算解耦,實現(xiàn)了粗粒度層級的并行化,與此同時為進一步提高并行效率,在細粒度層級即元件內部計算時也引入了相應的并行策略,構成了兩層級并行仿真方法,該方法任務劃分策略簡單易行,充分挖掘了原問題的并行性。接下來,... 

【文章頁數(shù)】：88 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 研究背景及意義
    1.2 國內外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 管網仿真模型
        1.2.2 并行數(shù)值算法
        1.2.3 CPU+GPU異構計算
    1.3 研究內容
第2章 天然氣管網仿真并行算法設計
    2.1 引言
    2.2 天然氣管網仿真數(shù)理模型
        2.2.1 天然氣管網物理模型
        2.2.2 天然氣管網數(shù)學模型
        2.2.3 天然氣管網數(shù)學模型的線性化及其離散
        2.2.4 天然氣管網仿真離散方程組的形式
    2.3 天然氣管網仿真的DIMENS方法
        2.3.1“分而治之”思想
        2.3.2 管道元件解耦
        2.3.3 DIMENS方法求解流程
    2.4 線性方程組并行求解分析
        2.4.1 管道預求解矩陣并行求解
        2.4.2 管網連接點矩陣并行求解
    2.5 本章小結
第3章 CPU+GPU異構平臺上的仿真算法實施
    3.1 引言
    3.2 GPU和CUDA簡介
        3.2.1 GPU通用計算
        3.2.2 CUDA編程模型
    3.3 異構平臺上的算法實施
        3.3.1 算法實施流程概述
        3.3.2 管道的預求解
        3.3.3 管網連接點的預求解
        3.3.4 管道的回代求解
    3.4 GPU程序性能優(yōu)化
        3.4.1 訪存優(yōu)化
        3.4.2 傳輸優(yōu)化
        3.4.3 流并行
    3.5 本章小節(jié)
第4章 CPU+GPU異構平臺上的仿真算法應用
    4.1 引言
    4.2 計算條件
        4.2.1 硬件設備
        4.2.2 軟件環(huán)境
    4.3 GPU加速線性方程組求解效果分析
        4.3.1 管道預求解部分加速效果分析
        4.3.2 管網連接點方程組求解加速效果分析
    4.4 某實際天然氣管網運行分析
        4.4.1 管網概況
        4.4.2 程序準確性及健壯性驗證
        4.4.3 性能表現(xiàn)
    4.5 大型天然氣管網下的加速效果分析
        4.5.1 數(shù)值算例概況
        4.5.2 性能表現(xiàn)
        4.5.3 性能瓶頸分析
    4.6 本章小結
第5章 結論與建議
    5.1 結論
    5.2 對今后研究工作的建議
參考文獻
致謝


【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
[1]復雜天然氣管網快速準確穩(wěn)健仿真方法研究及應用[D]. 王鵬.中國石油大學(北京) 2016
[2]城市天然氣輸配管網水力模擬研究與實踐[D]. 王興畏.重慶大學 2013
[3]大型天然氣管網仿真計算引擎的研究與實現(xiàn)[D]. 鄭建國.西南石油大學 2012
[4]川西地區(qū)天然氣管網優(yōu)化及仿真技術研究[D]. 柏毅.西南石油學院 2004

碩士論文
[1]基于并行計算的天然氣管道動態(tài)模型算法研究[D]. 謝黛茜.西南石油大學 2016
[2]天然氣管網數(shù)值模擬[D]. 李越.西南石油學院 2005



本文編號：3696833