GPUを用いた格子ボルツマン法による固気液連成解析モデルの開発

Development of the lattice Boltzmann method for gas-liquid-solid multiphase flow on Multi-GPU cluster

小野寺 直幸   ; 大橋 訓英*

Onodera, Naoyuki; Ohashi, Kunihide*

荒天下での船舶の操縦性性能は安全性に直結するため、重要な研究課題の一つである。船舶の運動を詳細に解析するためには、固気液三相流に対して大規模解析を行う必要がある。本研究では格子ボルツマン法に多相流モデルを適用し解析を行った。格子ボルツマン法は連続的なメモリアクセスを行う計算手法であるため大規模計算に適した手法である。計算コードはGPUの言語であるCUDAに基づき書かれており、東京工業大学のスパコンTSUBAMEにおいて良い実行性能が得られている。また提案した多相流解析モデルは、気相と液相に対してそれぞれ独立に解析を行うことで、非定常な現象に対しても安定に解析が行うことが可能な手法である。本発表では有効性を確認するために、実際のバルクキャリアデータを読み込んだ700120400格子点の解析を行い、高密度比の条件下において安定な解析が行えることを示した。

Ship maneuverability under heavy weather is one of important themes for safety. In order to understand the detail of ship motion, it is necessary to carry out large scale gas-liquid-solid multiphase simulations. We have developed a CFD code based on LBM (Lattice Boltzmann Method) with a two-phase free-surface model. LBM accesses memory with a simple algorithm and is suitable for large-scale computations. The code is written in CUDA and tuned to achieve high performance on TSUBAME 2.5. The proposed two-phase model is based on a free-surface model, and both liquid and gas phases are independently time-integrated. We demonstrate a fluid-structure interaction problem by using a bulk carrier data. The simulation is executed with 700 120 400 mesh, and numerical stabilities are confirmed with high density ratio.