粒子模拟中标准数据接口的研究

发布时间：2020-08-21 23:16

【摘要】：由于真空电子器件中含有复杂的电磁场和粒子互作用,因而对于这些器件的研究依靠传统的方法难以获得精确的结果。现代计算机超强的计算能力带动了粒子模拟方法(PIC)的发展,使其发展成为一门新兴学科。PIC方法具有成本低廉,结果直观和操作难度小等优势。全三维粒子模拟软件CHIPIC3D是一款运用PIC粒子模拟对高功率微波器件进行模拟计算的软件。长期以来,该软件一直采用文本文件作为数据接口对仿真数据进行存储与处理。由于在粒子模拟仿真中会产生海量的数据,而传统的文本文件对于存储与处理这种海量的数据存在不足,会导致数据存储混乱,文件占用磁盘空间过大,难以打开阅读以及对于数据的处理低效的问题。因此有必要寻找一种新的数据接口,既可以有效的解决上述问题,又可以实现对于CHIPIC3D软件的兼容。HDF5文件是一种分层结构的,适用于大数据存储的文件。将HDF5文件作为CHIPIC3D的数据接口,是解决上述问题的有效手段。基于上述的原因,本课题的选题为“粒子模拟中标准数据接口的研究”。其主要设计内容为:(1)设计仿真数据在HDF5文件中的存储模型。(2)在CHIPIC3D计算程序中添加对于HDF5文件的支持,实现将仿真数据输出到HDF5文件中的功能。(3)在CHIPIC3D数据可视化程序中添加对于HDF5文件的支持,实现对于HDF5文件的读取并绘制图形。(4)在普通PC上对CHIPIC3D新的数据接口进行多器件测试。论文首先介绍了本课题的研究背景及主要工作,概述了项目所涉及的开发工具以及HDF5文件格式的相关知识。其次对本课题进行了需求分析,包括HDF5的存储模型,数据输入输出模块的需求分析,并对这些需求进行了实现,最终实现了将HDF5文件作为CHIPIC3D软件的数据接口。最后,对这套数据接口进行多器件的仿真测试,验证其性能。本文研究结果表明:以HDF5文件作为CHIPIC3D软件新的数据接口是可行并且高效的。它不仅可以有效的降低仿真数据在磁盘中的存储空间,使用户易于阅读这些数据,还可以实现对于数据的高效访问,提高读取效率。最后,由于其分层的特性,可以将多种类型的数据集中到一个文件中,方便了数据管理人员对于数据的管理。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN102
【图文】：

CSTSTUDIO软件建模界面图

MAGIC软件建模界面图

CHIPIC3D建模界面图

【参考文献】

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本文编号：2799968