耦合溶质运移和化学反应模拟的并行优化

针对TOUGHREACT程序在耦合溶质运移和化学反应计算过程中, 计算规模和时间需求的不断增加导致求解规模逐渐增大的问题, 提出了用耦合过程并行化对耦合模拟过程进行改进的方法. 该方法改进了原有的程序结构, 实现了化学反应计算并行化. 实验结果表明, 改进后的耦合计算部分在执行时间上有2~3倍的加速效果.     

近似相对论与非相对论密度泛函理论高精度计算方法和程序

在已有的高精度非相对论密度泛函理论计算程序中编入新的方法进行近似相对论密度泛函计算、产生对称性群轨道和实现解析能量梯度计算及几何构型自动优化功能的程序。改进了原有程序的数值积分方案并且在MPICH环境下实现了程序的并行化。程序能满足对各种体系,特别是含重元素的体系进行量子化学计算的一般要求。对扩展后程序的功能和结构做了简要介绍。     

稀薄气体直接仿真蒙特卡洛方法交互式并行化系统研究与实现

在分析稀薄气体直接仿真蒙特卡洛（Direct Simulation Monte Carlo,DsMc）方法特点的基础上,研究了基于高性能计算平台的DSMC问题交互式并行化技术,提出了DSMC交互式并行化流程和DSMC程序并行化系统体系结构,实现了能对DSMC问题进行处理的交互式并行化软件系统,并应用到两个微通道DSMC方法算例的并行化中,并行化后的两个算例在8个节点的并行集群系统上的计算结果与原串行程序完全吻合,证明了该交互式并行化方法的正确性．     

基于MPI的二维经验模分解并行算法

针对二维经验模分解(BEMD)处理大尺寸图像耗时较长的问题,提出了一种基于MPI技术的BEMD并行算法.对BEMD串行程序中极值点选取、平面三角剖分、三角域内数值插值等几个主要部分的运行时间进行了统计,结果表明三角域内数值插值是耗时的主要部分,也是并行化的重点处理部分;随后在高性能计算平台上构建并行环境,基于MPI技术对BEMD算法的包络面生成部分实现了并行化,具体方法是先将剖分后的三角形序列按照进程数均匀划分,使整个图像分割为若干子区域并分配给相应进程,然后各进程拟合出对应子区域的上下Bezier曲面并由0进程进行合并,进而生成上下包络面;最后通过加速比等指标对该算法进行测评.结果表明,算法在30核并行执行时加速比可达20.1396,利用率为64.97%,运行效率的提升较为明显.在数据量达到原始数据的25倍时可扩展性指标为1.3975,表明该算法对大数据量的任务有很好的适应性.      

基于松散耦合MIMD计算机系统的函数式语言并行实现技术

本文基于ＭＩＭＤ计算机系统提出了函数式语言的并行ＬＥ机，并行ＬＥ在函数式语言ＦＰ的基本语义中增加对ＴＨＲＥＡＤ对象和延迟对象ＬＯＢＪ处理的语义规则，其计算能力介于积极计值和惰性计值之间，为有效开发程序中细颗粒度并行性，本文将延迟处理技术文入并行进程的生成过程中，为有效程序中细颗粒度行性，本文将延迟处理技术文入并行过程的生成中，因而在成分开发系统的并行处理能力的同时减少了系统生成的进程数目。     

并行有限元计算切口应力强度因子

为模拟切口的奇异应力场,需要在切口尖端精细划分单元,这使得有限元法的串行运算时间特别长。为了提高计算效率,文章针对单机多核系统,给出了切口应力强度因子的并行有限元计算方法。首先,在多核心的Windows系统上,采用全过程并行化的高斯消去法,缩短有限元程序求解时间。然后,基于并行有限元法获得的切口尖端应力场,使用后处理的方法计算切口的应力强度因子。算例结果表明,文中方法既能保证良好的计算精度,又能显著提高计算效率。     

基于数据依赖关系的程序自动并行化方法

针对目前大量串行遗产程序无法在高性能并行计算机上高效运行的问题,提出一种基于数据依赖关系分析技术的程序自动并行化方法,采用数据依赖关系分析技术对串行程序进行分析,将串行程序中基本块分成两类:彼此间具有依赖关系的基本块和彼此间无依赖关系的基本块,通过对无依赖关系的基本块进行并行处理实现串行程序的自动并行化,从而解决了在对串行程序自动并行处理时开销增大的缺点,并得到较好的并行优化结果.实例分析结果表明,该方法可以识别出可并行执行的基本块,实现串行程序的自动并行化.     

ABEEMσπ/MM模型中静电相互作用能的并行化

ABEEMσπ/MM模型程序中,计算静电相互作用能非常耗费机时.针对原串行程序中多个循环相互嵌套的求解部分,进行循环带状划分并行化处理.经测试表明,利用新编制的并行程序进行动力学模拟,并行加速比以线性趋势提高、求解静电相互作用能速度大幅度加快、尤其是针对原子数较多的分子体系效果比较理想.利用36个CPU,对于位点数为10 000左右的蛋白质体系,进行1ns的动力学模拟,至少可以节省1年左右的时间,明显地提高了研究蛋白质体系性质的效率.     

基于SD_Toolbox和Cantera的气体C-J爆轰参数计算及规律分析

为研究混合气体爆轰问题,通过利用冲击爆轰专业计算工具箱SD_Toolbox和开源的化学反应动力学计算代码Cantera研究了气体C-J爆轰参数计算方法与规律。结果表明:将SD_Toolbox和Cantera耦合可以进行混合气体爆轰问题的C-J爆轰参数计算;以H_2/O_2、CH4/O_2和C_2H_2/O_2三种不同的混合气体组分为例,在化学反应比初始条件下,分别计算了其C-J爆轰参数;通过与文献中结果的比较,验证了计算的准确性。可见,基于SD_Toolbox和Cantera可以进行气体C-J爆轰参数规律分析,包括初始温度、初始压力和爆炸气体浓度对爆轰产物压力、密度、温度和爆轰波速的影响规律等。     

基于Additive Runge-Kutta方法的激波聚焦起爆高精度数值模拟

基于详细氢氧化学动力学模型,建立了描述氢氧爆轰的多组分反应欧拉方程组. 针对建立的反应欧拉方程组,数值方法上采用3阶Additive Runge-Kutta方法对时间项进行积分,采用5阶精度的加权本质无振荡(WENO)格式对空间对流项进行离散,自主研发了大规模高精度计算程序. 该程序能够处理化学反应源项引起的刚性问题,且能节省计算时间和计算内存. 对半球型、半椭球型、圆锥型3种结构形式凹面腔内的激波聚焦起爆过程进行了数值模拟,数值模拟研究得到了不同结构形式凹面腔内的激波聚焦起爆过程.      

高中化学“化学反应原理”模块的问题解决策略

"化学反应原理"是高中化学的必需选修模块,在高考中所占比重大,又是学生普遍反映学习存在诸多困难的模块。对学生有关反应原理问题解决情况的调查及对部分教师的教学情况的访谈发现,在教与学的过程中缺乏相应的问题解决策略的指导和训练是导致学生产生学习困难的重要因素之一,学生在对模块内容的深入理解上也存在不少问题。针对反应原理模块的问题特点,提出了7种问题解决策略:表征策略、程序策略、模式识别策略、对比策略、假设逆推策略、符号转化策略、整体策略。     

理论地震图的F-K算法的并行实现

对F-K算法进行了并行化改进,从而使其可以利用PC-Cluster或者并行计算机多节点计算的资源优势,提高计算速度.比较发现,并行后的计算速度大大提高,在计算时间较长的情况下,并行F-K算法的运算速度基本与处理器的个数成正比,为反演震源参数和地下结构提供了更为快捷的计算工具.     

动态规划多目标多级工业化学反应

化学反应的返混影响对于化学反应过程十分重要．采用多目标、多级动态规划方法,讨论了在NCSTR中进行本征竞争反应的过程,得到合理的结果,成功地解释了返混特性对这一工业化学反应的影响．DAE方程组的数值计算结果较为准确,数值计算收敛速度也较快．     

烧结生产过程的智能控制技术

针对烧结生产复杂的物理化学反应进程,提出烧结终点预测模型和应用机尾烧结矿断面图像判断烧结终点的实际解决方法。在分步骤地解决烧结生产各个关键环节的在线检测和实现各个环节的智能控制的基础上,应用信息化、智能化技术集成各个控制环节,构成烧结生产过程的综合智能控制系统。     

化工过程计算和过程模拟中的MATLAB求解

化工过程计算和过程模拟涉及到插值、求积分、参数拟合、解常微分和偏微分方程、解线性和非线性方程等问题。采用集数值计算、可视化图形处理、开放式多功能于一体的新型软件MATLAB对复杂化学平衡系统、间歇化学反应过程和超声波作用下气泡空化这3个过程进行了模拟和求解。计算结果表明，MATLAB是解决化工过程计算和过程模拟的有效方法。     

四维变系数对流扩散方程的通用并行数值计算

将Crank-Nicolson隐差分法与分带交替并行方法结合，提出一种绝对稳定的变系数四维（空间三维加时间一维）对流扩散方程的通用并行数值计算模型-Codie4D，可用于模拟一般性的不可压缩流体中的对流扩散过程，利用普遍的MPI库在工作站网络上可并行化实现Codie4D，实验结果表明，Codie4D具有通用性强，无条件稳定，精度高和运行性能好的特点。     

高聚物注塑成型填充过程有限元分析并行迭代算法

进行了高聚物注塑成型填充过程并行数值仿真分析.首先给出问题的控制方程,然后用Galerkin法将其离散为有限元系统方程.发展了一个并行子结构迭代并行算法,该算法在有限元区域分解的基础上,将有限元节点分为子区域内部点、二子区域边界点和多子区域边界点,在此基础上实现了有限元方程的组集和求解的并行化,并研制了相应的程序.讨论了该算法的并行执行.最后给出两个注塑填充过程压力场分析的实例,数值算例表明所提方法有较高的并行计算效率,可以适应高聚物成型填充过程仿真分析的需要.     

基于LabVIEW的远程温度采集系统及其在化学中的应用

本文以LabVIEW程序语言为核心，介绍了远程温度采集系统的原理、软硬件组成和实现过程，并以化学反应中的温度测量为例，通过串口完成了温度数据的快速采集。此类测控系统价格低廉且构建快速，可以方便的移植到其他众多领域。     

Monte Carlo化学动力学程序的MATLAB实现及其应用

基于MATLAB语言设计编写了Monte Carlo法处理化学反应动力学问题的通用程序，将所编程序用于模拟邻苯二甲酸二甲醇的碱性水解反应，模拟结果与实验结果及按照常规化学反应动力学公式的计算结果相比较，表明Monte Carlo法模拟对于预测反应动力学过程具有较高准确性．