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《西北工业大学》 2002年
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稀薄气体Monte Carlo数值仿真并行化技术研究与实现

傅游  
【摘要】: 作为仿真稀薄气体流动的全能计算技术,DSMC(Direct Simulation Monte Carlo)数值仿真方法在航空航天领域、微电子机械系统、航天材料和纳米技术等高科技研究领域得到了广泛应用。但DSMC方法对仿真计算平台的速度和存储容量要求很高,单计算机系统很难满足需要。 随着计算机并行处理技术的发展,在高性能计算平台上进行稀薄气体Monte Carlo数值仿真成为稀薄气体动力学研究的一个重要方向。研究DSMC的并行编程技术,研制并行编程工具软件,具有很重要的理论意义和实用价值。 基于连续介质的传统CFD并行计算强调物理作用的邻接性,以网格点处的流体参数作为计算对象;而基于离散介质的DSMC并行计算强调分子的动态运动,以分子运动参数作为计算对象。前者通过网格划分就可以静态实现计算任务的分配,比较简单;而后者的计算任务要随着分子的运动而变化,任务的划分只能动态实现。 DSMC并行化研究尚处于萌芽状态。国外多是针对某一具体DSMC程序进行并行化研究,未形成较系统的理论体系和方法,而且尚未见到DSMC并行化软件工具等类似系统的研发报道。国内对DSMC并行化技术的研究则基本没有见到。 本实验室与西安交通大学能源与动力工程学院合作,首次进行了DSMC程序的并行化技术的探索和研究,取得了初步成果。 DSMC并行计算中,数据相关是由于分子在不同节点的计算子域间迁移造成的。据此提出了迁移相关的新概念,借以在对分子运动的跟踪过程中分析各子任务之间的动态相关性,为建立并行计算模型奠定基础。 提出了基于迁移相关的DSMC并行计算模型,采用了可扩展并行运行时库(Run—time Library)来解决程序运行过程中动态的相关性分析、同步通信、负载平衡等难题。 提出了基于迁移相关的运行时通信判定机制,解决了通信量动态变化的难题。提出了镜像异向通信方法,既避免了通信死锁,又简化了通信部分功能模块的编程。 提出了一种基于数据迁移的动态负载平衡方法,解决了DSMC并行计算中的负载不平衡问题。在信息策略中提出了自适应负载信息收集法;在位置策略中提 摘要 出了重载优先算法,取得了良好的负载平衡效果。 提出了DSMC交互式并行化工具软件的体系结构,并集成到己有的面向CFD 的交互式并行化系统PARACTIVE中,实现了对DSMC程序也能进行交互式并行 化的软件工具——PAKACTIVE+。应用到两个DSMC方法算例的并行化中,成功 生成了并行程序,在PentiumIVI.7G组成的9节点集群系统上进行了测试,4机并 行效率达到85%以上,8机并行效率达到75%以上,得到用户的充分肯定。 提出了并行DSMC程序的性能预测模型,实际测试结果与预测结果能较好的f 吻合,帮助用户优化并行编程,节省编程时间。
【学位授予单位】:西北工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2002
【分类号】:TP391.9

【引证文献】
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1 贺碧蛟;张建华;侯凤龙;蔡国飙;;真空羽流效应并行数值模拟初步研究[A];中国宇航学会2005年固体火箭推进第22届年会论文集(发动机分册)[C];2005年
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1 李臣明;高空气象与气动力对远程弹箭弹道影响的研究[D];南京理工大学;2007年
【参考文献】
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【共引文献】
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1 穆勇;燃气轮机双燃料燃烧室流场及污染排放数值研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 马红途;OpenMP程序分析及优化技术研究[D];解放军信息工程大学;2009年
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6 王鹏;通用多核集群上的并行调优策略研究[D];复旦大学;2011年
7 丁晓宁;面向CFD的交互式并行化技术研究[D];西北工业大学;2002年
8 朱恂;速度滑移及温度跳跃区微尺度通道内的流动与换热[D];重庆大学;2002年
9 李洁;非均相非平衡可压流动的建模与算法研究[D];国防科学技术大学;2004年
10 董兆一;饱和液氮爆发沸腾实验与理论研究[D];中国科学院研究生院(工程热物理研究所);2005年
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1 侯佳奇;社保联网审计中增量数据分布式处理的研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 吴曙亮;横向来流对等离子点火器点火区域的影响[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 刘晓娴;全局数组数据流分析技术的研究与实现[D];解放军信息工程大学;2009年
4 丁锐;分布存储结构的通信代码自动生成与优化[D];解放军信息工程大学;2009年
5 田宛欣;分布式网络故障监测技术的研究[D];西安电子科技大学;2010年
6 赵旺飞;基于三层C/S结构的无线货物储运管理系统设计与实现[D];西安电子科技大学;2009年
7 刘晓尼;基于PVM的Beowulf集群系统的负载平衡策略研究[D];曲阜师范大学;2011年
8 施杨斌;云计算环境下一种基于虚拟机动态迁移的负载均衡算法[D];复旦大学;2011年
9 项震;基于多核处理机构建分布式系统的关键技术研究[D];南京邮电大学;2011年
10 张延帅;基于案例特征库的串行程序并行化研究[D];山东大学;2011年
【同被引文献】
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1 臧国才;弹丸阻力曲线随高度变化的计算研究[J];弹道学报;1992年01期
2 周亚军;第二讲 球谐函数及其性质[J];甘肃气象;1995年02期
3 刘志欣,申延美,王蕊;提高探空气球探测高度的方法[J];黑龙江气象;2004年02期
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7 黄琳,陈伟芳,吴其芬;稀薄气体圆柱绕流的并行化DSMC方法研究[J];空气动力学学报;2000年04期
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【二级引证文献】
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1 李臣明;舒敬荣;;高空远程弹箭精确弹道模型[J];弹道学报;2008年04期
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1 林献武;高空环境下弹箭的弹道特性研究[D];南京理工大学;2009年
【二级参考文献】
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2 康继昌,王敬文,韩兆轩,洪远麟,薛贺;面向流场计算的专用超级计算机体系结构研究[J];航空学报;1989年09期
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7 汪剑平,程旭,丁文魁,李晓明,许卓群;HPF编译器中的通信实现策略及其相关算法[J];计算机学报;1999年05期
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9 陈文光,杨博,王紫瑶,郑丰宙,郑纬民;一个交互式的Fortran77并行化系统[J];软件学报;1999年12期
10 朱传琪,臧斌宇,陈彤;程序自动并行化系统[J];软件学报;1996年03期
【相似文献】
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1 郭庆平,陈先桥,肖金生,徐凯声;交错多重网格方法及其并行化技术[J];武汉交通科技大学学报;1997年02期
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3 雷咏梅;算法到低维处理器阵列的最优映射模型[J];西安电子科技大学学报;1998年06期
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9 赵荣宝,陈秉聪,程悦荪,胡子正;伪随机激励信号的Monnte Carlo生成及其统计特征[J];吉林大学学报(工学版);1987年04期
10 余燃;杜安;朱竹君;;WCDMA小区引入HSUPA后对小区容量的影响[J];科技信息(学术研究);2008年03期
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6 朱光华;徐红;;微圆管内有滑移流动的蠕动传输[A];第七届全国生物力学学术会议论文集[C];2003年
7 曾志;李君利;许振华;邱睿;;质子剂量的Monte Carlo计算方法[A];中国生物医学工程学会第六次会员代表大会暨学术会议论文摘要汇编[C];2004年
8 王吉山;苏桐龄;;活体中子活化分析辐照装置的Monte Carlo模拟计算[A];第十二届全国核物理大会暨第七届会员代表大会论文摘要集[C];2004年
9 汪洋;江大志;夏源明;;单向C_f/SiC单边切口梁三点弯曲断裂破坏研究-细观数值模拟[A];复合材料的现状与发展——第十一届全国复合材料学术会议论文集[C];2000年
10 杜胜望;Dana Z. Anderson;;原子芯片和玻色爱因斯坦凝聚[A];大珩先生九十华诞文集暨中国光学学会2004年学术大会论文集[C];2004年
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6 张开逊;回望人类发明之路[N];大众科技报;2005年
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8 记者 吴伟农;世界十大科技突破[N];新华每日电讯;2001年
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10 ;最具影响力de全球50位商界领袖——世界篇[N];江苏经济报;2003年
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1 傅游;稀薄气体Monte Carlo数值仿真并行化技术研究与实现[D];西北工业大学;2002年
2 凌君;新型稀土催化剂催化开环聚合及Monte Carlo模拟研究[D];浙江大学;2002年
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4 周灿栋;高氮35CrMoV钢的制备和研究[D];上海大学;2001年
5 王耀彬;多核平台上支持推测并行化的事务存储体系结构性能优化[D];中国科学技术大学;2010年
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10 罗正鸿;D_4/APAEDMS本体开环共聚及其数学模拟[D];浙江大学;2003年
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3 卞春花;残余气体对扭秤Q值的影响研究[D];华中科技大学;2007年
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7 汪凌云;高分子链构象统计的Monte Carlo 研究[D];安徽师范大学;2003年
8 王磊;陆军船艇总纵强度可靠性研究[D];天津大学;2003年
9 方翔;陶瓷晶粒生长仿真的三维扩展及并行方式研究[D];厦门大学;2002年
10 祝志敏;生物陶瓷体内降解过程的计算机仿真模型研究[D];武汉理工大学;2002年
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