A Parallel Adaptive 3D MHD Scheme for Modeling Coronal and Solar Wind Plasma Flows

A parallel adaptive mesh refinement (AMR) scheme is described for solving the governing equations of ideal magnetohydrodynamics (MHD) in three space dimensions. This solution algorithm makes use of modern finite-volume numerical methodology to provide a combination of high solution accuracy and computational robustness. Efficient and scalable implementations of the method have been developed for massively parallel computer architectures and high performance achieved. Numerical results are discussed for a simplified model of the initiation and evolution of coronal mass ejections (CMEs) in the inner heliosphere. The results demonstrate the potential of this numerical tool for enhancing our understanding of coronal and solar wind plasma processes. This revised version was published online in June 2006 with corrections to the Cover Date.     

基于图剖分的多块结构网格负载平衡方法

负载平衡是影响并行计算性能的重要因素。针对多块结构网格,给出了一种改进的多层次图剖分负载平衡方法。该方法设计了新的网格剖分算法,采用改进的子块分裂方法与图剖分算法的循环调用实现结构对接网格剖分,并通过建立不同物体重叠网格间的连接关系,实现了结构重叠网格的负载平衡。采用2个典型算例对方法进行了对比验证,数值结果表明,子块分裂方法对剖分结果具有重要影响,采用循环调用算法及改进的子块分裂方法能有效地实现计算负载均衡及通信量优化,同时显著减少了网格块数及因虚网格导致的内存需求,有利于提高并行效率。该负载平衡方法与网格拓扑无关,适用于多块结构对接网格及重叠网格,且整体型剖分方式对于多块结构重叠网格具有更好的剖分效果。     

气垫悬浮技术的应用研究

航空制造业对飞机的装配时间和装配质量提出较高要求,建立移动式生产线可有效提高飞机的装配效率和质量。结合Q400机身对接产品移动式生产线的建立,对气垫悬浮装置的工作原理和特点进行深入研究,着重对移动型架的结构进行设计说明和有限元分析,对气垫装置的布置、数量、驱动力等主要技术参数进行详细地计算分析。通过将气垫悬浮装置应用于移动式生产线,证明该装置满足飞机装配高质高效的要求。研究结果可作为其他飞机移动式生产线设计的参考和借鉴。     

网格计算在工业过程控制中的应用前景

网格计算是一种新兴的解决大规模复杂问题的应用技术,充分利用现有资源提供高性能的计算能力。现在的生产过程越来越向大规模复杂化方向发展,过程控制需要新的控制模型和控制方法来解决这些问题。但现有的计算能力无疑又限制了控制技术的应用,将高性能的网格计算运用到过程控制当中可以提高控制模型和控制算法的计算速度,也将大大提高其控制品质和应用范围。     

利用存储过程实现简单分布式计算的方法

传统的高性能计算中间件几乎都是建立在操作系统层级之上为用户提供高性能计算和资源共享,普通用户一般很难掌握和使用。作者提出了一种建立在数据库管理系统层级之上使用存储过程完成简单分布式计算的方法,即各节点计算过程相对独立,无需频繁的消息传递,并以蒙特卡罗法计算圆周率为例说明了计算方法的设计和实现。实验结果表明该方法容易掌握、易于实现,计算效率较高,具有较高的使用和推广价值,是一种新的高性能计算方法。     

低马赫数流动数值模拟方法的研究

在文献[1，2]提出的一种低马赫数流动数值模拟新方法的基础上，本文作者进一步优化了算法，确定了该方法适用的马赫数范围，讨论了参数σ对计算的影响。大量的定常／非定常、低雷诺数流动的计算结果表明这种方法具有计算精度高、收敛速度快以及计算花销小的特点。     

比特并行Reed—Solomon编码器的设计

研究高速ＲＳ码编码器设计问题。给出了最优对偶基的计算方法,研究了用对偶基下的ｂｉｔ－ｐａｒａｌｌｅｌ乘法器构成ＲＳ码系统码编码器。编码器可以达到较高的吞吐率。     

基于超网格的重叠网格守恒插值方法

保证重叠网格边界数据插值的守恒性是计算流体力学面临的一大难题。基于超网格方法与格心格式有限体积法,发展了一种新型混合重叠网格守恒插值方法。详细研究了用网格切割技术在重叠网格边界构造局部超网格,用网格求交算法合理地扩大贡献单元模板,建立了一种适用于任意网格类型的隐式并行重叠网格守恒插值方法,以超网格为媒介可实现重叠网格二阶精度的守恒插值。数值结果表明,本文方法对二阶分布的流场变量具有严格的守恒性,相比三线性插值方法和逆向距离权插值方法,本文方法减小了数值误差,提高了重叠网格边界的插值精度,加快了计算收敛速度,改善了重叠区域网格尺度相差较大时流场的光滑性和连续性。     

矩的显式积分算法研究与应用

矩的求解通常被用于求解有限元、体积、惯性矩等问题中.基于矩的叠加性,首先给出了在三维空间中计算域的离散方式,并推导了矩的显式积分公式,随后将其推广到n维空间中,该表达式易于在计算机上实现;设计了矩的并行计算算法,并通过Fortran和Python混编的方式,实现了矩的并行计算;对多重精度下的样例数据给出了一个算例,实现了零阶矩和二阶矩的计算,并和串行算法、逐次降维算法作出比较,进行了效率分析和误差分析.结果显示,矩的显式积分并行计算算法易于程序实现,并且在效率上高于串行算法,能够很容易推广到高维空间,该算法具有高度可并行性,误差主要来自计算域离散.      

航天器着陆碰撞动力学CUDA并行计算技术

航天器着陆接触碰撞过程中的瞬态响应计算,涉及到几何非线性、接触非线性和材料非线性,计算过程复杂,计算量大。为此,文章将统一计算架构(CUDA)技术应用到接触碰撞问题的并行显式积分计算,研究了质量矩阵和刚度矩阵的并行生成方法,并将基于中心差分法的求解过程并行化实施。仿真算例表明:并行算法计算结果准确,较大地提高了计算仿真分析的效率,可为航天器着陆过程中冲击动力学计算的快速和高精度实现奠定基础。