2D lid-driven cavity flow simulation using GPU-CUDA with a high-order finite difference scheme

Abstract

El alto paralelismo y el bajo costo de las unidades de procesamiento gráfico (GPU) han atraído el interés de científicos e ingenieros que requieren una alta potencia computacional con una modesta inversión. Este trabajo explora el uso de una GPU en la solución del problema de flujo de la cavidad 2D impulsada por la tapa utilizando la formulación de presión-velocidad para números de Reynolds hasta 10,000 y pasando a un esquema de diferencias finitas de cuarto orden para la discretización espacial. Los resultados mostraron una buena concordancia con los reportados en la literatura. El solucionador se implementó tanto en la CPU como en la GPU para comparar su rendimiento, con lo cual este último fue setenta veces más rápido.

The high parallelism and low cost of the graphic processing units (GPUs) have attracted the interest of scientists and engineers requiring high computational power with a modest investment. This work explores the use of a GPU in the solution of the 2D lid-driven cavity flow problem using the pressure–velocity formulation for Reynolds numbers up to 10,000 and turning to a 4th order finite difference scheme for spatial discretization. Results showed good agreement with those reported in the literature. The solver was implemented in both the CPU and the GPU in order to compare their performance, whereupon the latter was seventy times faster