无量纲最小二乘有限元法GPU实现及其在变压器绕组流场仿真中的应用研究

摘要

为了提高变压器流体场的计算效率，利用统一计算设备架构(compute unified device architecture, CUDA)实现流场的并行计算。首先基于C语言实现无量纲最小二乘有限元法的串行计算方法。然后在Visual Studio 2019+CUDA 10.2的环境下实现并行运算，对于串行程序中最耗时的线性方程组求解部分调用了CUDA自带的函数库进行优化；在大规模模型的数值计算中使用了十字链表格式存储整体刚度阵形成时的非零元素，以解决满阵存储时的内存不足问题。为验证所提方法的有效性，针对方腔模型，分析了不同剖分网格数量下的加速比，分析结果表明，数据规模越大并行效果越好，验证了无量纲最小二乘有限元并行程序的准确性和高效性。最后将该方法应用到大型变压器绕组的流体场分析中，取得了18.3倍的加速效果，为产品级变压器的流体场仿真奠定了基础。

关键词

变压器 / 绕组 / 无量纲最小二乘有限元 / 流场 / GPU / 加速比

基金资助

国家重点研发计划项目(2021YFB2401703); 河北省重点研发计划(20312101D); 中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(2022MS073)