数值模拟可以降低实验成本、提高实验安全系数、定性定量研究实验,但其中存在无法在合理的时间内完成求解的问题。对于此问题,GPU并行计算可以提供有效支持。采用GPU并行计算加速求解数值模拟计算,提高计算和实验的效率,在有限的时间内可以完成多次实验。高质量金属的获得主要依赖于对金属凝固显微组织和缺陷的有效控制,其中,显微气孔缺陷是合金凝固过程中遇到的主要缺陷之一,它会对材料的机械性能产生极大的影响,降低了材料的拉伸强度、韧性、疲劳性等等。凝固显微组织中的气孔形成涉及复杂的气-液-固三相转变问题,格子玻尔兹曼方法（Lattice Boltzmann Method,LBM）作为一种有效模拟流体流动的数值方法,已经被证实能够有效模拟复杂的多相流系统,并且其天生适合用于并行计算。对于凝固显微组织中的枝晶生长,相场法（Phase Field,PF）是目前凝固组织模拟中最有潜力的数值模拟方法之一,其具有较明确的物理基础,模拟结果可靠,不必跟踪固-液界面,可以方便地将流场、电场、磁场等外场引入到相场控制方程中。本文将模拟枝晶生长的PF模型和模拟流场流动的LBM模型耦合,建立了耦合气孔多场耦合PF-LBM模型。PF-LBM模型存在模拟规模小、计算效率低、无法在合理的时间内完成求解的问题,本文基于OpenCL并行编程的CPU+单GPU的异构集群平台上实现所建立的PF-LBM模型的并行化求解。进一步优化PF-LBM模型,充分的利用CPU+GPU异构系统来实现加速,提升了计算效率。在相同条件下,基于OpenCL的CPU+GPU的异构系统模型比CPU系统模型,最高可达62倍的加速比。为了验证模型的有效性,将基于OpenCL的CPU+GPU的异构模型求解的结果与经典理论对比,验证了模型的正确性,同时将其求解时间与CPU串行程序的结果的求解时间进行对比,验证了异构系统的有效性。在基于OpenCL的CPU+GPU异构系统上模拟求解了等温条件下二元合金多枝晶生长和气孔形成的形貌演化过程。扩大了模拟规模,大幅度加速了求解速度,探讨分析了枝晶的择优生长、气泡形核、气泡生长、合并以及气泡和枝晶的相互作用造成的气孔形成。模拟结果表明,气泡的生长会影响枝晶的形貌,反过来,枝晶的生长也会影响气泡的生长和形貌演变,枝晶生长和气泡的相互作用会导致气孔的形成;二次枝晶臂生长的模拟区域的长度过短或过长时,容易使气泡逸出,模拟区域的长度刚好足够二次枝晶臂长到右侧顶端时,气泡会很难逸出。