顆粒軌道并行模型研究.pdf

1、顆粒流體系統(tǒng)的研究目前已廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、化工過程和生態(tài)環(huán)境等諸多領(lǐng)域。顆粒軌道模型因其合理的理論基礎(chǔ)成為顆粒流體系統(tǒng)數(shù)值模擬的重要研究方法。然而由于顆粒流體系統(tǒng)自身的復(fù)雜性，顆粒軌道模型的研究工作受到現(xiàn)有計(jì)算機(jī)運(yùn)行速度與內(nèi)存的極大限制，并且在很大程度上制約了人們對顆粒流體系統(tǒng)內(nèi)在機(jī)理的進(jìn)一步認(rèn)識。近年來，迅猛發(fā)展的高性能并行計(jì)算無疑為顆粒流體系統(tǒng)的大規(guī)模模擬提供了有效的解決方案，而相應(yīng)的并行模型和并行算法的研究隨即成為顆粒流體系統(tǒng)并

2、行化計(jì)算的重要課題。因此面向高性能并行計(jì)算環(huán)境的顆粒軌道并行計(jì)算模型的研究不僅具有重大的應(yīng)用背景，同時也具有潛在的科學(xué)意義。 在顆粒軌道模型中，作為顆粒相載體的流體相計(jì)算對于顆粒流體系統(tǒng)的模擬至關(guān)重要，因此流體相并行算法的設(shè)計(jì)就成為顆粒軌道并行模型研究的重要基礎(chǔ)。在并行算法PCAM設(shè)計(jì)方法學(xué)指導(dǎo)下，針對流體相模擬的并行計(jì)算，本文在同位網(wǎng)格下建立了基于區(qū)域分解的并行SIMPLER算法和并行PISO算法，同時基于時域分解的思想構(gòu)造了

3、適合于非穩(wěn)態(tài)流場并行計(jì)算的時域分解并行算法，具體給出了區(qū)域劃分和數(shù)據(jù)交換的實(shí)施細(xì)則，詳細(xì)討論了各種算法的并行加速性能，并通過引入自適應(yīng)的松弛因子實(shí)現(xiàn)了各子域間的負(fù)載平衡。在流體并行模擬的基礎(chǔ)上，文中通過將顆粒流體系統(tǒng)劃分為彼此獨(dú)立但又相互聯(lián)系的流場子域和顆粒子庫，并選取合理的數(shù)據(jù)存儲與消息傳遞等并行關(guān)鍵策略，最終建立了顆粒軌道并行計(jì)算模型。 基于MPI并行編程平臺，本文首先在集群系統(tǒng)環(huán)境下對頂蓋驅(qū)動方腔流和對流擴(kuò)散方程等流體力學(xué)