[发明专利]颗粒流动仿真系统和方法

权利要求书

1.一种基于GPU的颗粒流动仿真方法，其在并行的多个GPU上执行离散单元算法(DEM)方法来进行颗粒流动仿真，该方法包括以下步骤：

a、使用DEM方法对颗粒建模，并将建立的DEM模型分配为多个粒子，将该多个粒子分配给多个计算节点进行处理，每个计算节点的CPU和GPU分别分配有内存空间，并在CPU中进行初始化数据，将初始化后的数据从CPU内存空间拷贝入所述GPU的内存空间中；

b、上述每个计算节点的GPU对每个粒子进行处理，其中每个计算节点的GPU的每个流处理器负责处理一个粒子，并更新粒子存储在GPU内存空间中的坐标及粒子速度；

c、在步骤b的处理过程中，确定每个计算节点控制的粒子，将每个计算节点控制的粒子个数拷贝至CPU内存空间中，并根据GPU内存空间中的粒子数进行动态划分，以按照均衡负载原则动态地确定出每个计算节点计算哪些粒子；

d、利用MPI接口协议把上述进行数据动态划分后的粒子在每个计算节点间迁移；

e、根据步骤c得到的每个计算节点控制的粒子，在GPU中计算重叠区域，并将数据拷入CPU内存，而后通过MPI接口协议进行数据交换；

f、每个计算节点的GPU中的每个流处理器根据每个粒子的坐标，计算每个粒子所在GPU内存空间中网格的编号；

g、每个计算节点的GPU中的每个流处理器处理计算每个粒子运动中的受力和加速度；

h、每个计算节点的GPU中的每个流处理器处理每个粒子速度；

i、回到步骤b直至达到指定步数；

j、释放主控节点和计算节点的内存空间。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤b、步骤f、步骤g和步骤h利用GPU对每个粒子进行并行数据处理。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤d中所述粒子在各节点间迁移利用MPI接口发送和接收函数实现粒子各物理量的发送和接收。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤e中，所述在GPU中计算重叠区域包括：利用在GPU计算重叠区域包括，GPU的一个流处理器处理一个网格；

在三维情况下，每个网格有26个网格与之相邻，判断相邻网格是否在当前计算节点中，如果不是，则算作重叠区域包括，从其他节点迁移获得。

5.一种基于GPU的颗粒流动仿真方法，包括：

建模步骤，确定颗粒材料、颗粒参数、边界条件和几何体形状，以及颗粒初始分布的区域，并根据预定的颗粒分布区域和数量生成颗粒；

任务管理步骤，根据颗粒总数和多个计算节点上空闲GPU的数目，确定最优GPU数目，并结合最优GPU数目和当前空闲GPU数目确定参与计算的GPU，并将参与计算的GPU状态设置为非空闲；以及

计算步骤，包括

初始化各计算节点的参与计算的GPU，并向各GPU发送计算所需的颗粒信息，

各GPU并行更新预定的速度和坐标，对接收的颗粒信息排序以生成各自的排序元胞列表，

各GPU并行计算当前各自进程中非零网格编号及网格中颗粒数目，并发送至主控节点，由主控节点依照每个GPU最优颗粒数目进行动态划分网格，确定每个GPU并行计算的网格数目和编号，

根据主控节点的确定结果，各GPU并行发送和接收颗粒信息，并在各GPU中重新生成各自的排序元胞列表，

在各GPU中生成当前时刻的碰撞列表，根据当前时刻的碰撞列表以及前一时刻的碰撞列表和切向相对位移，在各GPU中并行调整切向相对位移的位置，

根据接触力学模型，在各GPU中并行计算每个颗粒的受力和加速度，

存储当前计算结果，和

如果计算没有完成，就返回至各GPU并行更新预定速度和坐标的步骤，否则计算步骤结束。

6.根据权利要求5所述的方法，还包括展示步骤，包括：确定边界条件，将几何体边界用透明曲面做出；根据颗粒位置和颗粒直径，将颗粒用同色或不同色的小球画出；以及用灰度图显示标量场，并通过将颗粒信息加权映射到网格上，用流线绘制方法画出向量场。

7.根据权利要求5所述的方法，还包括：保存作为计算结果的所有的颗粒信息至外部存储装置。

8.根据权利要求5所述的方法，还包括：各GPU并行计算颗粒相关的物理统计量。