局域網(wǎng)MPI環(huán)境下的電場(chǎng)并行計(jì)算研究.pdf

1、在求解電磁場(chǎng)等問(wèn)題時(shí)，有限元法是被廣泛應(yīng)用的一種數(shù)值計(jì)算方法，這種方法的關(guān)鍵是有限元方程的形成和求解。隨著實(shí)際應(yīng)用中三維場(chǎng)求解問(wèn)題的規(guī)模越來(lái)越大且精度要求越來(lái)越高，有限元方程的存儲(chǔ)和求解已經(jīng)逐漸成為應(yīng)用有限元法求解場(chǎng)問(wèn)題的瓶頸。所以，尋找合適的途徑來(lái)減少存儲(chǔ)量和縮短求解時(shí)間就成為電磁場(chǎng)計(jì)算領(lǐng)域的重要研究課題。區(qū)域分解法能將方程的求解區(qū)域分解為若干子區(qū)域，將原問(wèn)題的求解轉(zhuǎn)化為對(duì)各子區(qū)域的求解，從而對(duì)整個(gè)任務(wù)量進(jìn)行分解。另一方面，由于計(jì)算機(jī)

2、及其網(wǎng)絡(luò)的普及，PC機(jī)已經(jīng)成為科學(xué)研究的必備設(shè)備，而充分利用這些設(shè)備資源來(lái)完成大規(guī)模復(fù)雜計(jì)算也就成了科研人員需要考慮的一個(gè)課題。并行計(jì)算可以充分利用局域網(wǎng)中的多臺(tái)PC機(jī)共同完成計(jì)算任務(wù)。本論文探討了利用局域網(wǎng)中的多臺(tái)PC機(jī)進(jìn)行并行計(jì)算，解決大型復(fù)雜靜電場(chǎng)問(wèn)題的方法。主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　(1)論述了基于人工邊界的區(qū)域分解法，該方法適合于并行求解靜電場(chǎng)。針對(duì)該方法的并行化問(wèn)題，考慮對(duì)子任務(wù)粒度、MPI編程模式的選擇，分別從區(qū)域劃分

3、、程序中進(jìn)程調(diào)度和數(shù)據(jù)通信等角度進(jìn)行分析，介于該方法的區(qū)域分割與媒質(zhì)的自然形狀有關(guān)，選擇適合它的迭代計(jì)算模式，最終完成對(duì)并行算法的設(shè)計(jì)。該并行算法解決了區(qū)域劃分中負(fù)載平衡的問(wèn)題。
　　(2)根據(jù)設(shè)計(jì)好的算法實(shí)現(xiàn)并行程序，以FORTRAN+MPI為并行語(yǔ)言，局域網(wǎng)中的多臺(tái)PC機(jī)為計(jì)算節(jié)點(diǎn)，搭建并行環(huán)境。建立多導(dǎo)體球模型算例對(duì)并行程序進(jìn)行測(cè)試，驗(yàn)證程序的正確性和效率。
　　(3)對(duì)高壓輸電線路中三相絕緣子串周?chē)妶?chǎng)進(jìn)行了模擬，得