PC机群下SF 6 /N 2 混合气体放电模拟的并行算法研究

发布时间：2022-11-04 00:45

　　SF6气体由于其优异的物化性能,已成为电力行业中广泛使用的重要熄弧及绝缘介质。但由于SF6是一种强温室气体,已经被1997年通过的《京都议定书》列为全球需管制使用的六种气体之一,目前多数使用SF6/N2气体混合物来替代SF6,因其接近纯SF6的绝缘性能具有良好的应用前景。因此,针对SF6/N2混合气体放电过程的仿真模拟引起了各国学者的极大重视。 在研究过程中,多数采用等离子体粒子运动方程对SF6/N2混合气体的放电过程进行建模。在这个模拟过程中,需要跟踪带电粒子在外加电场作用下的运动过程,因而在每个时间步长内都要计算大量粒子中每两个粒子之间的相互作用及其所产生的运动,计算量十分可观,这导致了对计算机速度和容量几乎无止境的需求。 为了在有限的计算机资源条件下求解较大规模问题,在PC机群上实现放电模拟的并行算法是一种低成本、高效率、提升计算能力的解决方案。因此,本文提出了四种PC机群下减少执行开销的并行算法。第一、二种并行方法都是基于消息传递库（Message Passing Interface, MPI）,分别采用划分放电模拟区域和划分带电粒子数目的策略；第三种方法采... 

【文章页数】：59 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
插图索引
第1章 绪论
    1.1 课题的研究背景与意义
    1.2 国内外研究水平与现状
        1.2.1 SF_6/N_2混合气体放电模拟仿真发展状况
        1.2.2 并行计算
    1.3 论文主要工作
    1.4 论文组织结构
    1.5 小结
第2章 PC机群系统及并行程序设计
    2.1 PC机群系统
    2.2 机群系统并行算法的设计
        2.2.1 物理问题的并行求解模型
        2.2.2 并行算法的性能评价
    2.3 并行编程语言
        2.3.1 基于消息传递的MPI并行编程
        2.3.2 OpenMP的基本介绍
        2.3.3 基于MPI与OpenMP的混合并行编程模式
    2.4 小结
第3章 SF_6/N_2混合气体放电模拟仿真模型和算法
    3.1 有限元电场计算
    3.2 蒙特卡罗碰撞电离模型
    3.3 PIC算法及其实现
        3.3.1 PIC算法基本思路
        3.3.2 PIC方法的计算流程和常用算法
    3.4 SF_6/N_2混合气体放电PIC-MCC模拟仿真过程
    3.5 小结
第4章 SF_6/N_2混合气体放电模拟的并行算法设计
    4.1 SF_6/N_2混合气体放电PIC-MCC模拟仿真过程
    4.2 SF_6/N_2混合气体放电模拟的并行程序设计
        4.2.1 静态物理域划分策略
        4.2.2 带电粒子划分策略
        4.2.3 多级别静态物理域划分策略
    4.3 小结
第5章 考虑负载平衡的并行算法以及实验部分
    5.1 多级别动态物理域划分策略
    5.2 实验平台的搭建
        5.2.1 硬件环境介绍
        5.2.2 软件环境介绍
    5.3 实验结果分析
        5.3.1 初始化条件设置
        5.3.2 实验模拟结果
        5.3.3 实验结果分析
    5.4 小结
结论
参考文献
致谢
附录A (攻读硕士期间发表论文目录)
附录B (攻读硕士期间参加的科研项目)



本文编号：3700935