熔盐堆是使用液态燃料的第四代先进核能系统的堆型,在可持续性、经济性、安全性以及防核扩散四个方面有着很好的评价。熔盐堆使用的熔盐具有独特的传热特性,需要数值传热学和计算流体力学方法对熔盐堆中的物理过程进行计算和分析。计算流体力学使用数值方法对流体流动和热传导等相关物理问题进行状态方程求解,需要大规模的数据计算。借助于传统的CPU并行计算方法已经不能很好的满足计算要求,而通用图形计算技术的迅速发展使得许多传统的CPU并行计算方法转向图形处理器并行计算方法。本论文研究了计算流体力学软件Code_Saturne的GPU并行化及优化,并应用于熔盐堆堆芯物理模型,主要研究内容包括(1)GPU并行计算方法。本文介绍了GPU并行编程方法并以OpenACC编程模型为例说明GPU并行编程的思想。(2)并行性分析。详细介绍了开源计算流体力学软件Code_Saturne的架构及程序运行;分析了Code_Saturne源码中与物理方程求解有关的算法的可并行性,并将其修改为可在GPU上并行计算的程序;研究了稀疏矩阵运算在GPU上的并行求解算法,主要实现预处理共轭梯度算法的GPU并行版本。(3)GPU并行程序准确性验证。通过方腔驱动流模型基准题验算表明,GPU并行加速前后的Code_Saturne的计算结果基本一致,验证了其准确性。(4)优化GPU并行程序。对二次开发程序的加速比进行分析,通过调用GPU扩展函数库、调节数据存储、线程维度等GPU加速方式进行程序的优化。结合通用的GPU并行优化方法,本文实现并优化了开源CFD软件Code_Saturne的稀疏线性求解模块,对GPU并行的熔盐堆设计分析软件开发具有参考价值。