收藏本站
《电子科技大学》 2010年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

三维电磁粒子模拟并行算法及其应用研究

廖臣  
【摘要】:随着计算机技术的高速发展,电磁粒子模拟方法已成为研究电磁辐射或自洽场相关物理问题的重要手段之一。但是电磁粒子模拟方法很费机时,例如对复杂电真空辐射源的三维模拟往往需要花费数十小时甚至数周的时间。并行计算被认为是解决电磁粒子模拟方法费时问题的最有效手段。本论文的工作旨在对三维电磁粒子模拟的并行算法进行全面而深入的研究,主要包括以下几个方面的内容: 1.建立了基于消息传递模型的三维电磁粒子模拟并行算法。将三维电磁粒子模拟在每个时间步的推进分解为电磁场更新和粒子推进求解两个计算过程,分别在直角坐标系和柱坐标系下,讨论了这两个计算过程基于“一维分区”的并行算法。将两个计算过程的并行算法整合为了完整的三维电磁粒子模拟并行算法,并对整合后的三维电磁粒子模拟并行算法进行了优化。对直角坐标系下基于“一维分区”及柱坐标系下沿纵向或径向划分模拟空间的并行算法进行了统一,并分析了柱坐标系下沿角向分区进行并行计算存在的困难。将基于“一维分区”的并行算法推广到了对模拟空间进行“二维分区”和“三维分区”的情况。 2.研究了三维并行电磁粒子模拟的改进算法和动态负载平衡算法,并提出了一种基于“分区建模”的渐变非均匀网格剖分算法。对基于消息传递模型的三维电磁粒子模拟并行算法进行了改进,使每个时间步减少了一次进程同步,可以进一步提高并行加速比。设计了一种三维并行电磁粒子模拟的动态负载平衡算法,该算法周期性地统计各进程的负载,当各进程的负载差别过大时,将调整模拟空间的分区位置,使进程的负载重新达到平衡,从而有效提高并行计算效率。提出了一种基于“分区建模”的渐变非均匀网格剖分算法,实现了对超大电尺寸器件的三维并行电磁粒子模拟。 3.建立了基于共享存储模型的三维电磁粒子模拟并行算法。将三维电磁粒子模拟在每个时间步的推进抽象为三个计算过程:电磁场更新过程、粒子推进求解过程、电荷密度和电流密度更新过程;基于OpenMP标准,分别设计了每个计算过程的并行算法;并在多核计算机上对算法作了测试和分析。研究了基于MPI/OpenMP混合模式的并行计算,指出了基于MPI/OpenMP混合模式的三维并行电磁粒子模拟程序的编制方法。 4.三维电磁粒子模拟并行算法的应用研究。实现了三维电磁粒子模拟软件CHIPIC-3D基于MPI/OpenMP混合模式的并行计算功能。应用CHIPIC-3D完成了对多种真空电子器件的并行模拟,包括磁绝缘线振荡器(MILO)、相对论速调管(RKA)、虚阴极振荡器(Vircator)等多种高功率微波源、重要的太赫兹电真空辐射源扩展互作用振荡器(EIO)、以及脉冲功率器件磁绝缘传输线(MITL)。模拟结果证明了并行算法的正确性,并表明并行计算能显著地提高计算速度、缩短模拟时间。研制了一款专用于模拟直线感应加速器(LIA)输运系统的三维并行电磁粒子模拟软件——LIAPIC,应用LIAPIC对一款长约50米、由18个加速段组成的LIA输运系统进行了基于“分区建模”的并行模拟。
【学位授予单位】:

知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 隋树林,杜军威;正项几何规划并行算法初探[J];青岛化工学院学报;2000年04期
2 郑士明;关于多项式求根的一个并行算法的收敛性[J];数学研究与评论;1987年04期
3 康立山,陈毓屏;并行算法简介(续)[J];数值计算与计算机应用;1988年04期
4 蒋昌俊;阎春钢;;由数组元素存贮地址求其下标的快速并行算法[J];山东科技大学学报(自然科学版);1989年02期
5 张汝清,胡宁;弹塑性分析的子结构并行算法[J];力学与实践;1991年06期
6 武震东;一类并行算法的提出[J];苏州大学学报(工科版);1993年02期
7 成礼智;任意长—维DFT的MIMD并行算法[J];应用数学学报;1996年04期
8 黄国满;等值线三维显示及其并行算法[J];测绘科学;2001年02期
9 张宝琳,陆金甫,陶应学,杜正平;非线性热传导方程的分组隐式解法及数值结果[J];计算物理;2002年01期
10 杨明辉;矩阵方程AX+XB=C的一种数值算法[J];南京林业大学学报(自然科学版);2002年06期
11 朱旭,吴慧卓;一阶常微分方程系统的并行算法及收敛性[J];西安交通大学学报;2002年04期
12 张学波,李晓梅;一类Toeplitz三对角方程组的有效分布式并行算法[J];数值计算与计算机应用;2005年02期
13 肖曼玉;吕全义;汪保;欧阳洁;;块三对角线性方程组的一种并行算法[J];数值计算与计算机应用;2007年04期
14 汪保;吕全义;;求解块三对角线性方程组的一种并行算法[J];纺织高校基础科学学报;2008年01期
15 张德富,孙进林;解K阶线性递归方程组的一种有效并行算法[J];高等学校计算数学学报;1985年03期
16 王兴华,郑士明;多项式全部零点的一族并行算法和区间算法[J];自然杂志;1985年01期
17 王能超;李磊;;二分法的并行复杂性公式[J];纯粹数学与应用数学;1988年00期
18 胡宁,张汝清;边界元分区处理的并行算法[J];重庆大学学报(自然科学版);1991年06期
19 曾泳泓,蒋增荣;GFT及离散卷积的并行算法及其实现[J];数值计算与计算机应用;1993年01期
20 任春丽,徐甲同,王俊平;实对称三对角矩阵特征值的一种并行算法及实现[J];西安电子科技大学学报;1999年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 王元元;曾建潮;谭瑛;;基于并行计算模型的并行微粒群算法的性能分析[A];2007年全国开放式分布与并行计算机学术会议论文集(上册)[C];2007年
2 王轶;席裕庚;;并行的极点配置算法及其新构想[A];1994年中国控制会议论文集[C];1994年
3 杜云飞;王攀峰;富弘毅;周海芳;杨学军;;矩阵LU分解的容错并行算法设计与实现[A];2008年全国开放式分布与并行计算机学术会议论文集(下册)[C];2008年
4 曹淑瑛;郭圣权;樊水康;;并行极点配置算法探讨[A];1995年中国控制会议论文集(下)[C];1995年
5 王韶娟;曾国荪;;分形维数的一个并行算法[A];2005年全国开放式分布与并行计算学术会议论文集[C];2005年
6 陈宁涛;王能超;施保昌;;生物多序列比对的并行算法[A];2005年全国开放式分布与并行计算学术会议论文集[C];2005年
7 孙明珠;王鹏;邱枫;杨玉良;;自洽场理论的实空间求解方法的并行算法以及在嵌段共聚物相分离中的应用[A];2005年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2005年
8 李朝鹏;李肯立;;基于分层聚类的并行数据预处理算法[A];2007年全国开放式分布与并行计算机学术会议论文集(下册)[C];2007年
9 姜弘道;余天堂;;有限元并行分析的进展——第九届全国结构工程学术会议特邀报告[A];第九届全国结构工程学术会议论文集第Ⅰ卷[C];2000年
10 张红虎;吴硕贤;;声学辐射度方法的并行实现[A];第十届全国噪声与振动控制工程学术会议论文集[C];2005年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 ;并行算法研究进展[N];中国计算机报;2004年
2 李讯 特约记者 刘程 本报记者 于莘明;银河有颗闪亮的星[N];科技日报;2005年
3 ;名师上讲台:每堂课都是精心编排的演出[N];科技日报;2006年
4 陈文光 郑纬民;高性能计算的三大研究领域[N];计算机世界;2006年
5 清华大学计算机系 薛巍;电网仿真考验高性能计算[N];计算机世界;2006年
6 曙光信息产业有限公司研发中心 温鑫;并行计算软件开发概述[N];中国计算机报;2007年
7 英特尔微处理器技术实验室主任工程师 Anwar Ghuloum;并行编程为什么这么难?[N];中国计算机报;2007年
8 本报记者 赵波 本报特约记者 刘程 本报通讯员 章立丁;一位巾帼学者的无悔征程[N];解放军报;2005年
9 新华社记者 奚启新 本报记者 廖文根;三次选择 无怨无悔[N];人民日报;2005年
10 孙;"生物信息处理专用计算机与算法研究" 通过验收[N];计算机世界;2005年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 廖臣;三维电磁粒子模拟并行算法及其应用研究[D];电子科技大学;2010年
2 周俊;电磁粒子模拟方法及其应用研究[D];电子科技大学;2009年
3 吴超;信息检索中top-k问题的并行算法及优化研究[D];中国科学技术大学;2011年
4 韩丛英;若干优化问题的并行算法研究[D];上海交通大学;2008年
5 周杰;合成孔径雷达数据处理应用的细粒度并行算法与结构[D];国防科学技术大学;2010年
6 白洪涛;基于GPU的高性能并行算法研究[D];吉林大学;2010年
7 佘春东;数据挖掘算法分析及其并行模式研究[D];电子科技大学;2004年
8 刘大刚;带电粒子与场互作用中粒子模拟方法研究[D];电子科技大学;2009年
9 谭国真;时变、随机网络最优路径算法及其应用研究[D];大连理工大学;2002年
10 王建;并行最优化算法与软件设计及数值软件移植[D];中国科学院研究生院(软件研究所);2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 辛师勃;并行信号处理系统研究[D];南京理工大学;2004年
2 吴青;基于地理信息系统的配电网优化规划的研究[D];广西大学;2004年
3 刘淼;基于平衡分割的并行序列比对[D];西安电子科技大学;2007年
4 潘海琳;高拱坝体形优化决策系统研究[D];河海大学;2006年
5 焦建英;求解微分方程的区域分解两重网格算法[D];西安理工大学;2007年
6 游聪伟;基于GPU平台的KLU并行算法的研究:对角线块的LU分解[D];内蒙古大学;2011年
7 于战华;跨声速欧拉方程并行算法研究及应用[D];南京航空航天大学;2004年
8 平晓慧;最短路径问题的并行算法研究[D];大连理工大学;2006年
9 孙超;快速分形图像压缩并行算法研究与实现[D];曲阜师范大学;2011年
10 彭强;基于并行Boost图库的单源最短路径并行算法的研究[D];华南理工大学;2010年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978