陰極保護數(shù)值仿真可視化與高性能計算研究.pdf

1、碩士學位論文陰極保護數(shù)值仿真可視化與高性能計算研究ResearchonVisualizationandHighPerformanceCalculatingforCathodicProtectionNumericalSimulation作者姓名：淦三出學號：至!!Q璺Q絲完成日期：一—蘭Q!壘生墨月大連理工大學DalianUniversityofTechnology大連理工大學碩士學位論文摘要隨著計算機技術和數(shù)值仿真方法的不斷發(fā)展，國內各

2、高校和研究機構在各個領域的數(shù)值仿真方面都取得了很多進展，形成了很多成熟的數(shù)值仿真計算程序，為科學研究工作做出了重要貢獻。然而，目前國內的大多數(shù)數(shù)值仿真軟件并不完整，只有數(shù)值仿真計算模塊，前處理和后處理都需要借助其他軟件，使用起來比較繁瑣，需要很深的專業(yè)背景知識，軟件的計算模塊只注重功能實現(xiàn)而忽略的計算性能，這樣就限制了國內數(shù)值仿真軟件的推廣和進一步發(fā)展。因此開展數(shù)值仿真前后處理可視化研究和高性能計算方法研究具有重大意義。本文主要針陰極保

3、護數(shù)值仿真的邊界元模型的前后處理和高性能計算問題，論述如何以面向對象的軟件開發(fā)思想，開發(fā)一套陰極保護可視化化前后處理軟件模塊和陰極保護數(shù)值仿真高性能計算模塊。本文對Direct3D三維顯示應用程序的體系架構、程序基本結構、渲染流水線進行了介紹，并對Dirct3D與OpenGL進行了對比，主要介紹了Direct3D相對于OpenGL的優(yōu)點。目前在數(shù)值仿真可視化中，與OpenGL相比，Direct3D的應用相對較少，因此本文利用Direct

4、3D進行邊界元數(shù)值仿真可視化研究是一種新的探索。本文可視化模塊借助微軟Dircct3D三維圖形編程接口，使用C撐編程語言在NetFramework40環(huán)境下開發(fā)。可視化軟件模塊可以快速準確地讀寫邊界元模型文件和仿真結果數(shù)據(jù)文件，并實現(xiàn)了光照模型顯示、網(wǎng)格模型顯示、三維變換操作、單元和區(qū)域拾取、單元屬性賦值、陽極自動化建模、管道參數(shù)化建模、保護電位和保護電流密度云圖顯示等功能。本文對陰極保護邊界元數(shù)值仿真的域內控制方程，邊界積分方程的推導

5、、邊界積分的離散和邊界條件的類型進行了介紹。對于邊界元數(shù)值仿真中生成的大規(guī)模非對稱非稀疏系數(shù)矩陣，其生成、讀寫和求解耗時都很長，計算效率較低，因此對陰極保護數(shù)值仿真高性能計算方法進行研究十分必要。本文基于NET40開發(fā)環(huán)境，利用C群編程語言和Lapack矩陣運算函數(shù)實現(xiàn)了陰極保護數(shù)值仿真的系數(shù)矩陣并行生成、大規(guī)模矩陣存儲、大文件快速讀寫、大規(guī)模線性方程組快速求解，顯著提高了陰極保護數(shù)值仿真的計算效率。關鍵詞：數(shù)值仿真；可視化：邊界元；陰