面向流场计算的 PVM 并行程序设计研究

针对流场计算的特点,提出了分布共享变量思想和异-同步并行算法,采用SPMD的编程模式在并行虚拟机（PVM）上初步实现了流场并行计算。     

高超声速化学非平衡绕流分布式并行算法

讨论了非结构网格高超声速化学非平衡绕流流场的分布式并行数值模拟方法。控制方程采用带化学反应源项的N-S方程,数值离散格式采用Jameson有限体积法。化学反应模型为五组元五反应模型,没有考虑电离效应,对化学反应源项进行了点隐式处理,温度场的计算采用牛顿迭代法。通过调用METIS库函数将整体计算区域进行分裂,使用PVM并行机制在PCs-Cluster机群上对二维钝头体高超声速化学非平衡绕流进行了分布式并行计算,得到了结果,并对算法的加速特性进行了对比分析。     

DFT算法并行性分析与实现研究

针对离散Fourier变换(DFT)在实时信号处理中具有广泛应用、而其运算速度又受到DSP器件性能限制的情况,进行了DFT的并行性研究及并行性能分析;并在基于并行多处理机平台-TMS320C80的编程结构基础上,实现了两种并行DFT算法。基于TMS320C80进行的试验表明:所开发的并行DFT算法的运行结果与理论分析吻合,该并行算法的速度和精度都得到了保证。     

基于单DSP实现扩维并行离散Hadamard变换算法

提出了一种在单数字信号处理器(DSP)平台上实现的扩维并行快速离散Hadamard变换(FHT)算法。在证明离散Hadamard变换具有扩维并行性的基础上,将N点的一维离散Hadamard变换(DHT)分解成N0×N1点的二维DHT(N=N0×N1),通过减少数据相关性消除了在单DSP中高效求解FHT的问题规模受片内内存容量限制,降低了编程的复杂性。在TMS320C80单处理单元中实现了该算法。结果表明,理论分析与试验结果吻合,算法有效。     

二维Euler方程组的高分辨率隐式差分格式的并行计算

本文首先对标量双曲型守恒律构造了一类新的二阶隐式ＴＶＤ差分格式，再利用Ｒｏｅ方法和隐式近似因子分解法推广格式到一维、二维守恒率方程组。为减少计算工作量，推导了二维Ｅｕｌｅｒ方程组隐格式的对角形式。最后，针对江南－Ⅱ并行机设计了适合于多处理机结构特征的并行计算程序，计算翼型的跨声速流场，结果令人满意。     

大型结构特征值问题的并行EBE－子空间迭代法

本文利用ＥＢＥ策略和预处理共轭梯度法（ＰＣＧ法），将广义特征值问题子空间迭代法中各步的计算都单元化，从而避免了总刚度和总质量矩阵的组集，大大节省了存储量。由此建立的ＥＢＥ－子空间迭代法尤其适宜于并行计算。在银河－２机上的数值算例结果表明，无论是串行，还是并行计算，该方法都能有效提高计算速度。如对模型问题，若网格取４８０，则在串行计算时，ＥＢＥ计算途径较传统的总体计算途径的速度提高倍数达３．２７，而在挂用４个处理机进行并行计算时的ＥＢＥ－子空间迭代法较串行的总体计算途径的速度提高倍数可达１１．４。总之，该方法为一种有效的大型结构动力分析问题的求解方法。     

NAPA软件的并行化研究和效率分析

基于区域分裂思想,以M P I(M essage pass ing in terface)为消息传递库,实现了三维全粘性湍流计算软件NAPA的并行化。对NACA 0012翼型、微型飞行器、高超声速进气道等流场进行了计算和分析,比较了并行和串行软件的计算结果,结果完全一致,并对比了NACA 0012翼型流场的计算结果和实验值,表明NAPA软件的改进是成功的。随后对各个算例的并行效率和加速比进行了对比分析,分析了通信比例、负载平衡度以及通信模式等影响并行效率的几个重要因素。最后使用In te l cluster too ls和V tune工具对NAPA程序进行了算法和代码效率优化,发现了原代码中耗时长的几个子程序并进行了改进,通过对高超声速进气道算例的测试,计算效率提高了55.33%。     

稀薄流到连续流的气体运动论统一算法研究

通过引入碰撞松弛参数和当地平衡态分布函数对BGK模型方程进行修正，确定含流态控制参数的各流域均适用的气体分子速度分布函数简化控制方程。发展和应用离散速度坐标法于气体分子速度空间，利用一套在物理空间和时间上连续而在速度空间离散的分布函数来代替原分布函数对速度空间的连续依赖性。基于非定常时间分裂数值计算方法和无波动、无自由参数的NND耗散格式，建立直接求解气体分子速度分布函数的气体运动论有限差分数值方法。发展可用于速度空间宏观取矩的离散速度数值积分方法，获取物理空间各点的流动参数，由此发展一套能有效模拟各流域三维绕流问题的气体运动论统一算法。研究气体运动论数值算法所适合的并行方案，基于统一算法的HPF并行实现，建立一套能有效模拟不同流域复杂外形体绕流的HPF并行算法软件。通过对不同Knudsen数的一维、二维、三维气体绕流问题进行数值计算表明，计算结果与有关实验数据及其它途径得到的研究结果吻合较好，证实了本文发展的统一算法在求解稀薄流到连续流不同流域复杂绕流问题方面的可行性。     

空间太阳望远镜相关计算的FPGA实现技术

空间太阳望远镜卫星（SST）为了补偿卫星平台随机抖动稳定图像采用了相关跟踪方法。而相关跟踪器计算时间是提高系统性能的关键之一。在考察国内外相关跟踪研究成果的基础上,提出了一种新的解决方案。在算法上采用MIMD的并行计算技术分解相关运算,在结构上利用FPGA的可自由配置特点,将并行算法固化在FPGA中,构建了相关跟踪FPGA模块。整个系统在可应用于航天环境的XCV800型FPGA上设计实现,资源与计算精度都满足系统需求,而计算时间仅为0.3ms,比原有设计减少了一半。为提高系统的响应速度等方面性能提供了保障。