网络并行方式的PVM异构计算环境

ＰＶＭ（ＰａｒａｌｌｅｌＶｉｒｔｕａｌＭａｃｈｉｎｅ）是异构计算环境下消息传递模型实际应用的成功范例．它将计算机网络上的各种机器抽象映象成一台具有高性能计算潜力的虚拟并行机，构成开发和运行大型并行应用软件的灵活、简洁且完整的程序设计环境，在分布式高性能计算领域为人们所广泛接受，成为网络并行计算技术领域中消息传递程序设计模型的事实标准之一．本文介绍ＰＶＭ的结构、模型和技术发展；分析了典型应用和实验数据，最后对ＰＶＭ进行评价并给出结论．     

并行技术在电磁有限元计算中的应用

有限元方法FEM(Finite Element Method)是计算电磁学中非常重要的一种方法,而当问题规模较大时或计算量较大时,传统串行单机FEM难以胜任.本文在基于消息传递(MPI)的分布式并行系统上,采用有限元方法对电磁场问题进行并行求解.有限元方法形成的系数矩阵可以表示成块三对角矩阵,适合采用并行多分裂方法高效求解.并行计算技术的运用减少了计算时间并扩展了可处理问题的规模.结果表明,将并行技术应用于电磁有限元计算是有效并且可行的.     

消息传递模型的并行性能研究

消息传递模式因其通用性、可描述性、易于调试性和高性能的优点在并行程序设计中得到广泛应用.以MPICH 2构建并行计算环境下对消息传递模式的点对点性能、组通讯性能进行研究,将网络并行计算系统中的性能指标模型化,以期对分析整个系统的并行性能提供帮助.     

基于消息传递的网络并行计算环境

在分布式计算机系统中,由于处理机间无共享内存,因此采用消息传递的方式实现处理机间的数据交换。文章介绍了消息传递接口标准和几种典型的并行计算环境,讨论了基于消息传递的网络并行编程环境的特点,并对其开发进行了初步探讨。     

基于消息传递的网络并行计算环境

在分布式计算机系统中,由于处理机间无共享内存,因此采用消息传递的方式实现处理机间的数据交换.文章介绍了消息传递接口标准和几种典型的并行计算环境,讨论了基于消息传递的网络并行编程环境的特点,并对其开发进行了初步探讨.     

基于MPI+OpenMP混合编程模式的大规模颗粒两相流LBM并行模拟

针对大规模三维颗粒两相流全尺度模拟并行计算问题,该文采用MPI+OpenMP混合编程模式,其中机群节点采用MPI并行计算,节点内部采用OpenMP进行细粒化的并行计算,并根据格子Boltzmann方法(LBM)颗粒两相流的特点进行OpenMP程序并行优化设计,提出了一种适用于大量颗粒的三维颗粒两相流LBM并行计算模型。以颗粒沉积问题为例,在集群计算机平台对并行算法的加速性能进行测试。计算结果表明:该算法具有良好的加速比及扩展性,并且其计算量具有颗粒数量不敏感的优点,适用于大规模多颗粒两相流问题的研究。     

基于消息传递的网络并行计算环境

在分布式计算机系统中，由于处理机问无共享内存，因此采用消息传递的方式实现处理机间的数据交换。文章介绍了消息传递接口标准和几种典型的并行计算环境，讨论了基于消息传递的网络并行编程环境的特点，并对其开发进行了初步探讨。     

基于OpenMP和Pardiso的柔性多体系统动力学并行计算

为加快大型、复杂柔性多体系统的动力学仿真的速度,对多体系统动力学的并行算法进行研究。首先分析了微分代数方程(differential algebraic equations,DAEs)在数值计算求解过程中主要的计算量。据此,提出采用OpenMP并行计算系统的刚度矩阵、右端项和采用并行的稀疏线性方程组求解器Pardiso对线性方程组进行求解的并行策略。将这两种并行策略应用到自主开发的柔性多体系统动力学软件THUSolver中,实现了对多体系统动力学的并行计算。通过两个工程算例的仿真得到并行的加速比和计算效率,结果表明:采用的两种并行策略都有很高的计算效率,能大幅提高多体系统动力学仿真的速度。     

基于并行迭代动态规划的聚合物驱最优控制求解

针对迭代动态规划计算量大,耗费时间长的特点,基于实验室搭建的PC机群,以消息传递库MPICH为编程工具,搭建一个并行计算平台,给出一种主从式的并行迭代动态规划算法,利用该算法对聚合物驱最优控制问题进行求解,并与串行计算结果进行对比.结果表明:在大规模的优化问题中并行迭代动态规划算法与串行算法结果一致,但表现出较高的并行效率和加速比;并行算法求解的效率受到主节点分配任务时是否均衡的影响.     

基于MPI的投影法数控编程算法

提出了基于消息传递的刀位轨迹并行计算方法.该方法首先将串行计算任务合理的划分成若干并行子任务,然后动态的分配到各处理机上,能充分利用网络中空闲的计算资源,提高计算速度.分别应用于投影法和自适应投影法编程,试验结果表明该方法具有令人满意的并行加速比.     

流体瞬变有限元分析

本文提出一种二维非定常微可压缩粘性液体流动计算的有限元瞬变分析方法及其计算模型,据此建立了采用全主元策略的波阵法分析软件,并以快速锻造液压机管道的流体瞬变计算实例说明其应用.     

有压管道的非恒定摩阻模型

在有压管道水击计算中,传统准恒定摩阻模型不能准确描述快速瞬变流动过渡过程。该文介绍在快速瞬变流数值模拟中应用最为广泛的两类非恒定摩阻模型:物理理论基础模型和准恒定流经验修正模型,前者以引入历史速度权函数为特点,后者考虑非恒定流加速度对摩阻项的影响。该文比较了两类非恒定摩阻模型的优缺点、适用范围以及研究发展方向和待解决问题等,得出的结论是物理理论基础模型对于快速瞬变层流过渡过程有较好的应用性;经验修正模型则适用于高R e紊流快速瞬变过渡过程。     

阀门系统的过流特性及其对瞬变过程的影响

阀门的过流特性以及水击压力控制是输水管道优化运行的关键技术之一。为了确定复杂阀门系统的流量系数并控制阀门在关闭过程中产生的水击压力,运用有压管流的基本原理推导出阀门系统的综合流量系数计算公式,并以流量系数的变化过程来评估管路中产生的最大水击压力。结果表明,压力管路中产生的最大水击压力与流量系数的变化规律直接相关,对于同样的管路控制工况,流量系数的变化过程越平缓,所产生的水击压力越小。     

大型模锻水压机高压大流量水阀开启力特性

以带先导卸荷阀结构的大型水压机高压大流量水阀为研究对象,建立其数学模型,对该模型进行数值仿真,系统研究该类水阀的开启力特性问题,分析阀芯开启速度、开启高度、工作水压、水阀内泄漏等各种因素对水阀开启力的影响。使用TableCurve3D对仿真结果进行数值分析,得到开启力与水阀开启速度、内泄漏间隙之间的关系,确定水阀最优开启时间,拟合得到水阀内泄漏间隙简化计算数学模型。建模和仿真结果表明:水阀开启力具有瞬变特性,且阀芯开启速度越快,瞬变特性越明显;在同一工作水压下,水阀开启速度和内泄漏对阀芯开启力的影响最为明显。仿真结果和测试数据吻合较好,证明了建模仿真方法的有效性。研究结果可对水阀开启控制优化、健康使用及维护决策提供理论指导。     

液力缓速器瞬态两相流动大涡模拟及性能预测

为了全面掌握液力缓速器各个流动单元内速度场和压力场的分布特性,提取了全流道几何模型作为计算区域,利用CFD平台的大涡模拟法和多流动区域耦合计算的滑动网格法对液力缓速器内部气液两相流动进行了三维瞬态数值模拟,将混合模型与欧拉模型交替运用在其多相流模型中,获得了不同充液率下液力缓速器内流场结构的变化及两相体积分数分布情况,分析了流场内二次流、脱流及涡旋的产生机理,并计算了缓速器的外特性.结果表明:数值计算结果与试验结果吻合很好,误差在8％以内;流场计算十分准确,运用的大涡模拟方法可以有效地模拟液力缓速器流场内的真实液流结构,其结果可以用来指导液力缓速器的设计及其结构优化.     

控制棒水压驱动机构水压缸步升压力变化过程

水压缸是核反应堆控制棒水压驱动机构的重要部分。建立了入缸流体能量方程和水压缸密封流动阻力方程,得到了理论模型。用该模型进行了水压缸步升压力变化过程理论分析。理论动态压力曲线很好地符合了实验曲线。结果表明:随着驱动压力的降低,水压缸步升前充压过程、步升增压过程和步升至顶端后压力变化过程所需时间逐渐增加,且步升增压过程终点压力逐渐减少。该研究结果为获得控制棒水压驱动系统的步进时间提供了理论基础。     

液力缓速器部分充液流场大涡模拟及特性预测

利用CFD平台的大涡模拟法和滑动网格法对液力缓速器内部气液两相流动进行三维瞬态数值模拟,将混合模型与欧拉模型交替运用在其多相流模型中,得到速度场和压力场的分布特性,总结不同充液率下液力缓速器内流场结构的变化及两相体积分布情况.基于流场数值解计算了液力缓速器不同工况下的制动转矩,进而预测其性能,性能预测结果与试验结果吻合较好,误差在8％以内,表明流场计算是较准确的,其结果可用于液力缓速器的设计及其结构优化.     

连续油管注入器液压系统

连续油管作业可节省大量的上卸扣时间,并能减少能量消耗,因此应用范围不断扩大．连续油管作业设备的核心是注入器,根据注入器的主要功能,提出一种新的注入器液压系统,并对其组成、工作原理和性能特点进行了详细的分析．该液压系统的主驱动回路与辅助驱动回路分开,主驱动回路主要满足负载特性的要求,辅助驱动回路主要保证灵活的操作性能,这样便于系统的调试和维护．在主驱动回路中采用闭式容积调速和节流调速相结合的控制方式,分别满足载荷扭矩为正和为负的负载特性要求．这种控制方式特别适用于大功率系统．分析表明：新的液压系统既满足负载和操作要求,又节能可靠,是一种理想的连续油管注入器液压系统．     

滑移网格法在滑阀三维瞬态流场解析的适用性分析

在滑阀换向过程的三维有限元解析中,由于流固耦合造成其网格大变形,出现三维瞬态流场解析发散的问题.提出了面向滑阀三维瞬态流场解析的滑移网格法,即通过在静止网格与动态网格间用平行滑移网格连接构建三维解析模型,以避免瞬态流场解析中动态网格反复重构所造成的计算发散问题,实现滑阀换向过程的三维瞬态流场解析.研究以某液压挖掘机多路阀回转联为对象,以液压元件动态特性试验台试验结果为基准,对比平稳工况条件下的解析值与实验结果,验证了滑移网格法在滑阀三维瞬态流场解析中的适用性,为建立挖掘机动态载荷与其阀芯结构形态间的动力学映射关系提供了工程化表达路径.     

轴流泵桨叶水力矩特性的实验与计算

本文对轴流泵浆叶水力矩特性进行了模型实验与数值计算研究.介绍了水力矩实验装置及水力矩的两种数值方法:有限元法和积分方程法.结果表明:当轴流泵未产生回流时,水力矩计算值与实测值具有较好的一致性.