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基于GPU加速的三维水动力数值模型及应用研究的开题报告
一、选题背景及意义
水动力数值模型是近年来国内外水利工程领域研究的热点之一，特别是研究三维水动力模型，对于水资源开发、水生态环境保护以及海洋工程、水利水电工程等领域能起到至关重要的作用。因此，设计并实现高效的三维水动力模型具有重要的研究价值。同时，GPU（GraphicsProcessingUnit）作为一种高效的计算加速器，已经被广泛应用于各种科学计算和工业应用中，其高效性和并行性能可以为三维水动力模型的实现提供巨大的优势。
因此，本文将研究基于GPU加速的三维水动力数值模型，并针对实际工程问题开展一定的应用研究。旨在提高三维水动力模型的计算效率，为工程实践提供实用的数值模拟方法和工具，促进水资源利用和环境保护工作的开展。
二、研究内容
（1）三维水动力数值模型建立
本文将基于流体力学（FluidMechanics）基本理论，结合高精度数值计算方法，建立基于GPU加速的三维水动力数值模型。研究建立三维水动力模型的基本方程组、数值离散方法和求解算法，旨在提高模型的数值计算效率，同时保证模型的精度和稳定性。
（2）GPU并行计算架构设计
针对三维水动力模型数值计算过程中的计算密集型、并行性强等特点，本文将研究GPU并行计算架构的设计和优化。通过使用CUDA（ComputeUnifiedDeviceArchitecture）并行计算框架，利用GPU的高效计算性能和并行处理能力，提高三维水动力模型的计算效率和性能，进而实现更高效、更精确的数值模型计算。
（3）实际工程应用研究
选取具有实际意义和工程应用价值的水利、水电、海洋工程等典型项目，利用建立的三维水动力数值模型进行数值模拟计算，研究在实际工程应用中的适用性、有效性和可行性。其中，通过对影响工程建设的环境因素、工程结构和设计方案进行数值模拟和参数分析，可为工程实践提供可靠的技术支持和决策依据，促进工程建设的安全性和可持续发展。
三、拟解决的关键科学问题
（1）三维水动力模型的建立和数值计算方法的设计与优化。
（2）GPU并行计算架构的设计和优化，提高模型计算效率和性能。
（3）针对实际问题进行数值模拟计算，揭示工程建设的规律和特征，为工程实践提供可靠的技术支持和决策依据。
四、预期研究成果
（1）建立基于GPU加速的三维水动力数值模型，实现高效、精确的模拟计算。
（2）提出GPU并行计算架构的设计和优化方法，显著提高三维水动力模型的计算性能。
（3）开展应用研究，揭示实际工程问题的规律和特征，为工程实践提供技术支持和决策依据。
五、研究时间安排
一年半时间内完成研究内容，具体进度如下：
第1-5个月：对三维水动力数值模型进行综合分析和研究，建立数学模型，优化数值计算方法，为本文后续内容打下基础。
第6-9个月：开展GPU技术的深入研究，完成GPU并行计算框架的设计和实现。
第10-15个月：开展应用研究，选取实际工程项目进行数值模拟计算和参数分析，为工程实践提供技术支持和决策依据。
第16-18个月：根据研究结果撰写论文，完成毕业论文答辩。