局域網(wǎng)MPI環(huán)境下的電場并行計(jì)算研究.pdf

1、在求解電磁場等問題時，有限元法是被廣泛應(yīng)用的一種數(shù)值計(jì)算方法，這種方法的關(guān)鍵是有限元方程的形成和求解。隨著實(shí)際應(yīng)用中三維場求解問題的規(guī)模越來越大且精度要求越來越高，有限元方程的存儲和求解已經(jīng)逐漸成為應(yīng)用有限元法求解場問題的瓶頸。所以，尋找合適的途徑來減少存儲量和縮短求解時間就成為電磁場計(jì)算領(lǐng)域的重要研究課題。區(qū)域分解法能將方程的求解區(qū)域分解為若干子區(qū)域，將原問題的求解轉(zhuǎn)化為對各子區(qū)域的求解，從而對整個任務(wù)量進(jìn)行分解。另一方面，由于計(jì)算機(jī)

2、及其網(wǎng)絡(luò)的普及，PC機(jī)已經(jīng)成為科學(xué)研究的必備設(shè)備，而充分利用這些設(shè)備資源來完成大規(guī)模復(fù)雜計(jì)算也就成了科研人員需要考慮的一個課題。并行計(jì)算可以充分利用局域網(wǎng)中的多臺PC機(jī)共同完成計(jì)算任務(wù)。本論文探討了利用局域網(wǎng)中的多臺PC機(jī)進(jìn)行并行計(jì)算，解決大型復(fù)雜靜電場問題的方法。主要研究內(nèi)容如下:
　　(1)論述了基于人工邊界的區(qū)域分解法，該方法適合于并行求解靜電場。針對該方法的并行化問題，考慮對子任務(wù)粒度、MPI編程模式的選擇，分別從區(qū)域劃分

3、、程序中進(jìn)程調(diào)度和數(shù)據(jù)通信等角度進(jìn)行分析，介于該方法的區(qū)域分割與媒質(zhì)的自然形狀有關(guān)，選擇適合它的迭代計(jì)算模式，最終完成對并行算法的設(shè)計(jì)。該并行算法解決了區(qū)域劃分中負(fù)載平衡的問題。
　　(2)根據(jù)設(shè)計(jì)好的算法實(shí)現(xiàn)并行程序，以FORTRAN+MPI為并行語言，局域網(wǎng)中的多臺PC機(jī)為計(jì)算節(jié)點(diǎn)，搭建并行環(huán)境。建立多導(dǎo)體球模型算例對并行程序進(jìn)行測試，驗(yàn)證程序的正確性和效率。
　　(3)對高壓輸電線路中三相絕緣子串周圍電場進(jìn)行了模擬，得