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并行耗散分子动力学研究

岳野  
【摘要】: 随着计算机技术的迅猛发展,应用高性能计算和一些新的算法进行分子模拟的研究已经成为一个新的研究方向。耗散分子动力学(Dissipative Particle Dynamic DPD)作为一种分子模拟的重要方法和工具已经在化工理论研究和化学实验中起到了很重要的作用。但是DPD模拟需要的计算量比较大,因此随着计算的粒子数的增加其计算时间和负载度增长较快,所以将DPD程序并行化,应用一些并行算法对DPD程序改造,可以缩短计算时间,提高计算效率。本论文采用空间划分算法,使用MPICH将DPD程序并行化,2节点并行加速比达到1.635,8节点达到5.8。另外由于传统DPD方法不能处理气体液体分相,因此不能模拟像动态润湿现象等当今很多热点问题,本论文在相关理论指导下将DPD程序改为多体耗散分子动力学方法(Many-body Dissipative Particle Dynamics MDPD),并且用一个毛细管润湿的实验验证MDPD程序的正确性。并且为了提高计算效率,本论文用同样的并行算法对MDPD程序进行了并行化改造,并且模拟了一个当前的热点问题的超疏水现象的Cassie模型,在多次模拟后得到比较理想的实验参数的情况下,通过4个计算节点达到了3.425的加速比,同时通过实验测得该并行程序有比较理想的负载平衡。并行计算作为高性能计算的一种,应用于分子模拟领域,不仅可以对分子模拟起到很大的作用,对高性能计算技术本身的发展也很有帮助,所以二者的结合具有重要的科学研究意义。


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