《生物薄膜的建模及在GPU集群上的模擬》是依託南開大學，由任明明擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：生物薄膜的建模及在GPU集群上的模擬
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：任明明
- 依託單位：南開大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
生物薄膜的研究一直是科學及工程界的前沿課題。本項目擬研究生物薄膜的建模及其在GPU集群上的仿真。我們將在現有生物薄膜的單流體兩組分模型的基礎上，基於一定的動理學理論，從更精細的角度建立多組分模型，建模生物薄膜中細胞的群體感應特性及細胞的活性。在數值模擬方面，我們將在三維物理空間實現基於GPU高性能計算集群的仿真代碼，實現大規模數值模擬，研究生物薄膜的生長、輸運、剝離等機理。在這個過程中，我們希望能提煉出複雜流體相關的典型計算，實現一個高效、高伸縮性的代碼庫，為進一步的研究提供便利。
結題摘要
本項目研究對象為生物薄膜的建模及在GPU平台上的模擬。我們基於動理學理論和相場模型，建立了一個生物薄膜的擴散粘彈模型，該模型將生物薄膜中的生物物質看成由細菌和胞外聚合物組成。我們設計了該模型無量綱化後控制方程組的數值求解格式，並基於GPU平台實現了三維物理空間中的高性能計算代碼。我們進行了大量的數值模擬，包括生物薄膜的生長及在剪下流下的互動。仿真結果表明該模型可用於建模生物薄膜的粘彈性，符合我們預期。在代碼的實現及最佳化中，我們也提煉出了複雜流體仿真時一些常用的計算模式，例如Helmholtz方程的求解，離散正弦（餘弦）變換的高效計算等，並形成了一個高性能的基礎代碼庫，可便於後續研究使用。
