近年來,隨著天然氣在我國(guó)能源結(jié)構(gòu)中的比重日益增加,天然氣管道建設(shè)工作如火如荼,與此同時(shí),各地區(qū)天然氣管網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行的趨勢(shì)也愈發(fā)明顯,可以預(yù)見,我國(guó)獨(dú)立的天然氣管網(wǎng)規(guī)模將會(huì)在未來數(shù)年內(nèi)顯著增大。因此,作為管網(wǎng)工藝設(shè)計(jì)、運(yùn)行分析的重要手段,天然氣管網(wǎng)仿真技術(shù)將在未來管網(wǎng)建設(shè)運(yùn)營(yíng)中扮演更加重要的角色。目前常用的天然氣管網(wǎng)仿真軟件在面向大型復(fù)雜管網(wǎng)時(shí)其計(jì)算效率仍有欠缺,本文基于近年來在高性能計(jì)算領(lǐng)域異軍突起的GPU異構(gòu)計(jì)算技術(shù),設(shè)計(jì)了適用于該異構(gòu)平臺(tái)的并行仿真算法,開發(fā)了天然氣管網(wǎng)仿真的GPU程序,在保證計(jì)算精度的前提下,相比于商業(yè)軟件SPS取得了高達(dá)57.57倍的加速比。在這個(gè)過程中,我們首先根據(jù)天然氣管網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和方程組的特點(diǎn),發(fā)展了DIMENS（Decoupled Implicit Method for Efficient Network Simulation）算法,該方法將管網(wǎng)各元件的計(jì)算解耦,實(shí)現(xiàn)了粗粒度層級(jí)的并行化,與此同時(shí)為進(jìn)一步提高并行效率,在細(xì)粒度層級(jí)即元件內(nèi)部計(jì)算時(shí)也引入了相應(yīng)的并行策略,構(gòu)成了兩層級(jí)并行仿真方法,該方法任務(wù)劃分策略簡(jiǎn)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(xué)位級(jí)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(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 管網(wǎng)仿真模型
        1.2.2 并行數(shù)值算法
        1.2.3 CPU+GPU異構(gòu)計(jì)算
    1.3 研究?jī)?nèi)容
第2章 天然氣管網(wǎng)仿真并行算法設(shè)計(jì)
    2.1 引言
    2.2 天然氣管網(wǎng)仿真數(shù)理模型
        2.2.1 天然氣管網(wǎng)物理模型
        2.2.2 天然氣管網(wǎng)數(shù)學(xué)模型
        2.2.3 天然氣管網(wǎng)數(shù)學(xué)模型的線性化及其離散
        2.2.4 天然氣管網(wǎng)仿真離散方程組的形式
    2.3 天然氣管網(wǎng)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(yù)求解矩陣并行求解
        2.4.2 管網(wǎng)連接點(diǎn)矩陣并行求解
    2.5 本章小結(jié)
第3章 CPU+GPU異構(gòu)平臺(tái)上的仿真算法實(shí)施
    3.1 引言
    3.2 GPU和CUDA簡(jiǎn)介
        3.2.1 GPU通用計(jì)算
        3.2.2 CUDA編程模型
    3.3 異構(gòu)平臺(tái)上的算法實(shí)施
        3.3.1 算法實(shí)施流程概述
        3.3.2 管道的預(yù)求解
        3.3.3 管網(wǎng)連接點(diǎn)的預(yù)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(gòu)平臺(tái)上的仿真算法應(yīng)用
    4.1 引言
    4.2 計(jì)算條件
        4.2.1 硬件設(shè)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(yù)求解部分加速效果分析
        4.3.2 管網(wǎng)連接點(diǎn)方程組求解加速效果分析
    4.4 某實(shí)際天然氣管網(wǎng)運(yùn)行分析
        4.4.1 管網(wǎng)概況
        4.4.2 程序準(zhǔn)確性及健壯性驗(yàn)證
        4.4.3 性能表現(xiàn)
    4.5 大型天然氣管網(wǎng)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(jié)
第5章 結(jié)論與建議
    5.1 結(jié)論
    5.2 對(duì)今后研究工作的建議
參考文獻(xiàn)
致謝


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]2015年中國(guó)油氣管道建設(shè)新進(jìn)展[J]. 高鵬,王培鴻,楊耀輝,王海英,陸爭(zhēng)光.  國(guó)際石油經(jīng)濟(jì). 2016(03)
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博士論文
[1]復(fù)雜天然氣管網(wǎng)快速準(zhǔn)確穩(wěn)健仿真方法研究及應(yīng)用[D]. 王鵬.中國(guó)石油大學(xué)(北京) 2016
[2]城市天然氣輸配管網(wǎng)水力模擬研究與實(shí)踐[D]. 王興畏.重慶大學(xué) 2013
[3]大型天然氣管網(wǎng)仿真計(jì)算引擎的研究與實(shí)現(xiàn)[D]. 鄭建國(guó).西南石油大學(xué) 2012
[4]川西地區(qū)天然氣管網(wǎng)優(yōu)化及仿真技術(shù)研究[D]. 柏毅.西南石油學(xué)院 2004

碩士論文
[1]基于并行計(jì)算的天然氣管道動(dòng)態(tài)模型算法研究[D]. 謝黛茜.西南石油大學(xué) 2016
[2]天然氣管網(wǎng)數(shù)值模擬[D]. 李越.西南石油學(xué)院 2005



本文編號(hào)：3696833