长河段二维水沙数学模型研究及应用*

为了适应长江长河段系统治理技术的需要,对TK-2DC软件水沙计算核心部分进行了并行程序开发,将并行计算技术应用到长河段水沙数学模型中,大大提高了长河段水沙模拟计算效率及模型计算的时效性。建立了长江中游沙市—监利、戴家洲—牯牛沙及长江下游安庆—南京长河段平面二维水沙数学模型,对航道整治工程效果进行了模拟预测。     

基于高性能计算的水下爆炸数值仿真

集群技术为水下爆炸数值仿真提供了强大的高性能计算平台.基于高性能计算集群系统和ABAQUS水下爆炸并行计算技术,对遭受水下爆炸的舰船缩比模型进行了性能测试和算例验证,给出了针对特定计算规模的并行计算优化方案.该文研究结果为舰船水下爆炸的高精度数值仿真提供参考.     

并行程序设计环境的研究

研究分析了目前集群系统广泛采用的消息传递机制,设计并实现了Windows与UNIX异种平台互联网络上的一个分布式并行计算环境--HPC(Heterogeneous Parallel Computing)系统.     

铁路军事运输中梯队装载问题的数学模型和求解算法

梯队装载问题是铁路军事运输中的典型NP问题,军事装备存在可跨装、可重叠、成套装载和成建制装载的特点。在分析铁路军事运输梯队装载问题的基础上,对军事运输相关装载要求进行了合理的量化,提出以装备长度为装载依据,以使用车辆总数最少为目标的装载优化模型。针对普通计算机求解梯队装载问题计算能力不足的瓶颈,引入并行求解思想,设计了求解模型的并行全排列算法,并在集群上进行实例测试。     

MPICH在桥梁结构分析软件中的应用

分析桥梁结构软件的应用情况,介绍桥梁仿真计算中采用串行计算方式与并行计算方式的区别.着重介绍应用MPICH重构桥梁结构分析软件,使串行的桥梁结构分析软件在计算单元及节点的活载效应时具有并行计算的功能,并介绍并行化计算中处理器任务的分配.最后简要介绍桥梁结构分析软件中常用到的MPI函数,以及并行化计算方法的实践应用情况.     

并行时域有限差分法网格自动剖分技术

为了构建适合于时域有限差分法求解的离散几何模型,摆脱大量繁杂的手工操作,提出了一种高效的大规模并行时域有限差分法网格自动剖分技术.该并行剖分方法将三角面元计算机辅助设计模型文件作为输入数据,能够自动建立包含多种介质的任意三维实体网格模型,且其并行执行过程中无需过多的数据交换,并行效率可达99%.基于该离散模型自动生成技术,采用时域有限差分方法,计算了含微带板的简易计算机机箱耦合效应,其计算结果与商用电磁仿真软件的计算结果相吻合,表明该剖分方法的准确性.最后,通过250个处理器核,并行剖分了网格规模约6亿的某真实计算机机箱模型,其并行剖分时间仅为0.2 s,验证了该并行剖分方法的高效性,表明该网格剖分技术能有效地解决大规模并行时域有限差分法的离散几何建模问题.      

DNA序列分析的高效算法研究及比较

对海量数据的处理，最有效的方法是并行计算。因此，对DNA序列比对进行并行化，以及对BLAST算法进行并行化改进，以提高对大数据量处理的能力，尽管在CLUSTER上的计算效率较超级计算机上的效率低。但CLUSTER较超级计算机费用低，有较大的适用性，而高性能计算机是处理海量数据的强有力的工具，生命科学中计算问题必须进行超级计算已是不争的事实，现代生命科学对超级计算已显示出强烈依赖和迫切需求，文中对BLAST算法进行改进，提出一种局部并行化的DNA序列比对算法，为了检验算法的科学性和适用性，将此算法与超级计算机的高效并行算法——改进的FFT算法相比较及分析。     

基于ALE的矿粉货物液化晃荡问题并行数值模拟

含水量较高的矿粉货物在海上运输过程中易出现液化,形成自由表面并使晃荡现象加剧,严重威胁船舶运输安全。针对船载液化矿粉晃动和舱壁冲击问题,采用ALE有限元方法对其进行了细致建模和计算模拟,从三维角度考察了在船舱一定装载率和运动状态下液化矿粉的晃荡现象和特性;同时,借助不同仿真软件,对计算结果的合理性和准确性进行了相互比对和分析。模型求解借助了高性能计算资源,以解决问题求解时间长和多组计算工况带来的大规模计算需求;结合所建计算模型特点和流固耦合特性,研究了多核环境下两种不同区域分解策略和实现方式,通过并行计算性能数据比较分析,以探求更为合理的并行加速策略。     

基于神威超算平台的三维方柱绕流大规模并行数值计算与分析

异构众核已成为超级计算机架构的发展趋势,而如何有效利用异构超算系统的能力,是当前CFD界面临的一项重大挑战。本文基于神威异构超算平台,采用自主开发代码,开展三维非定常不可压流动的大规模并行数值模拟研究。论文的数值计算采用MPI+Athread多级并行方式,其中在Athread众核并行时,针对神威众核处理器的特点,采用循环融合的方式对SIMPLE算法求解流程进行优化,提升加速效果。首先以Re=10的三维方柱准定常绕流为例,开展并行计算测试,包括MPI并行和MPI+Athread多级并行,结果显示2025万网格125进程MPI并行效率为70%以上,Athread众核并行加速7.9倍。随后,针对Re=250的三维方柱非定常绕流,开展网格数量从384万到2.46亿的大规模并行计算,结果与相关文献符合良好,同时表明网格数量增加能够更好地捕捉流场细节。本文的研究工作展现了神威异构超算平台在非定常不可压缩流动CFD大规模并行计算方面的应用能力。