温度场的快速计.pdf

摘 要 2l世纪以来，伴随着科学技术的突飞猛进，数值计算和虚拟仿真已成为国 际学科前沿和热点，而温度场的计算在现代工业中的应用范围更是十分广泛。 温度场的计算主要涉及到两个方面的研究，一方面是科学计算，主要是为了尽 量达到精确计算的目的；另一方面则是实时性计算，主要目的是为了对被控制 对象进行实时监控。针对不同的温度场有不同的计算要求，这是和实际生产生 活中的应用息息相关的。两种计算从某种角度来看是相互对立的，因为在具体 的应用研究中，考虑计算精度势必影响到计算速度，反之，若要力求实时性计 算肯定会以牺牲一部分精度为代价。 综观当今国内外温度场计算方面的研究现状，在科学计算方面取得了卓越 的成就，即不考虑计算时间可以达到接近真实值的计算效果。例如陶瓷的烧制、 锅炉炉膛、各类焊接甚至弹道导弹弹头表面都涉及到对温度场的分析，需要对 温度场进行数值计算及仿真。这一系列的应用研究均达到良好的计算精度，满 足了生产生活的部分需要，但是涉及到实时仿真方面其计算速度就遭遇了很大 的瓶颈。所以本文就是要解决“温度场快速数值计算’’的问题，这也是虚拟仿 真中最为关键的问题之一，具备良好的研究前景。目前，一般温度场的计算都 是针对具体问题借助传热学原理来建立相应的温度场模型，然后利用合适的数 值分析算法处理温度场模型，从而实现对温度场的模拟仿真，取得了较高的计 算精度。但是，误差大、实时性差依然是目前对温度场计算的最大问题。所以 对温度场的准确快速计算，具有十分重要的科学价值和现实意义。 本文针对温度场计算量大、实时性差的普遍问题，提出了动态网格划分思 想，通过比较当前数值计算方法的优劣，分析了有限元特征以及温度场计算的 特性，结合有限元方法的特性，利用动态网格划分技术，提出了一种新的算法， 牺牲一定的计算精度来降低计算规模，从而提高计算速度。首先建立了温度场 的三维瞬态数值分析模型，结合当今前沿的CUDA技术对建立的模型进行了快 速求解，采用并行计算思想，快速并准确地计算出温度场的分布，取得了良好 的效果。 关键字：温度场，CUDA，并行计算，数值计算 H Abstract Since intothe21st calculationandvirtualsimulation coming century,numerical hasbecomeallinternationalacademicfrontiersandhot the spots、析tllrapid ofscienceand ofcalculationof development technology．嘲181eapplicationrange fieldinthemodern is researchforcalculation temperature industry quite晰de．The of to fieldis relatedtwo isonscientific temperaturemainly aspects．Firstly,it triestoachievetheaccuratecalculation calculation，which mainly result；secondly, itisaboutreal—time is tomakereal-timesurveillancefor calculation,which mainly the controlled．