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A GPU-based compact conservative characteristic finite volume parallel algorithm for advection diffusion equations

delete2025-06-06
delete0
PRE
AI
G
Guiyu Wang
L
Linjie Zhang
S
Shusen Xie
D
Dong Liang
K
Kai Fu
DOI:10.1016/j.cpc.2025.109693delete
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摘要

摘要

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本研究介绍了一种新颖的并行算法,用于高效求解具有恒定扩散系数的二维对流-扩散问题,该算法专门设计用于在GPU上实现。该算法具有紧凑性、守恒性以及固有的并行性,在时间上具有二阶精度,在空间上具有四阶精度。它采用二阶算子分裂方法将二维问题分解为一维子问题,显著提高了计算的并行性。对流项采用特征线法处理,确保时间上的高精度并允许采用更大的时间步长。守恒插值技术用于拉格朗日追踪单元内的积分。对于扩散项,我们沿特征线进行平均,并推导出在单元边界上连续的离散通量。利用紧凑格式,仅需三个单元即可使未知量达到空间四阶精度。主要计算任务在GPU上执行,并将计算负载均匀分配到多个核心。数值实验验证了新算法的守恒性质和收敛率,以及其在求解具有陡峭前沿问题中的有效性。结果表明,与传统CPU计算相比,该算法具有更优越的计算速度。

期刊

Computer Physics Communications 封面图
Computer Physics Communications
IF:
3.4
论文数:
1.2W
被引数:
3.7W

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