Скачать Оптимизация распараллеливания вычислений для моделей течений, осложненных физико-химическими процессами. Нуждин, Николай бесплатно
Оптимизация распараллеливания вычислений для моделей течений, осложненных физико-химическими процессами
Диссертация
Автор: Нуждин, Николай Владимирович
Название: Оптимизация распараллеливания вычислений для моделей течений, осложненных физико-химическими процессами
Справка: Нуждин, Николай Владимирович. Оптимизация распараллеливания вычислений для моделей течений, осложненных физико-химическими процессами : диссертация кандидата технических наук : 05.13.18 Иваново, 2004 155 c. : 61 05-5/2158
Объем: 155 стр.
Информация: Иваново, 2004
Содержание:
Актуальность темы Цель работы Практическая ценность Автор защищает Публикация и апробация работы
Глава 1 Основной объект Исходная система уравнений и ее расщепление
11 Основные уравнения
12 Приведение уравнений и расщепление полученной системы
13 Замечания о движении сред, находящихся в неравновесном состоянии
Выводы к первой главе
Глава 2 Чередование явных и неявных разностных схем в процессе интегрирования уравнений математической физики
21 Аналитическое исследование устойчивости разностных схем
22 Исследование устойчивости разностных схем в численных экспериментах
23 Выводы к второй главе
Глава 3 Математическое моделирование кинетических процессов, О моделировании кинетических процессов
31 Постановка задачи
311 Постановка прямой кинетической задачи
312 Основные понятие и величины химической кинетики
313Математическая модель
32 Численные методы рещения задачи
321 Трудности, возникающие при численном решении прямой кинетической задачи
322 Метод Гира i:'
323 Метод Рожкова
324 Численное решение задачи с помощью метода Рожкова
325 Полученные результаты
33 Асинхронный метод
331 Описание метода
332 Применение на модельной задаче
333 Численное решение задачи с помощью асинхронного метода
334 Полученные результаты
34 Использование многопроцессорной вычислительной техники
341 Параллельные вычисления
342Архитектура параллельной вычислительной техники
343Тополигии на множестве процессоров
344 Виды параллелизма
345 Разработка параллельного приложения
346 Эффективность вычислений на многопроцессорной 'I вычислительной технике
347 Распараллеливание вычислительного процесса
Заключение по третьей главе
Приложение к третьей главе
Введение:
Актуальность темы Математическое моделирование течений, осложненных физико•"' химическими процессами, актуально в следующих областях.1. Определение условий сжигания топлива в энергетике и на транспорте, при которых достигается максимальная энергетическая эффективность и возникает минимальное количество экологически вредных выбросов.Разработка устройств, в которых реализуются указанные режимы горения.2. Создание конструкций, топлив и режимов работы аэродинамических двигателей, обладающих высокими силовыми характеристиками, и минимальным воздействием на атмосферу.3. Моделирование процессов в химических и газодинамических лазерах.4. Оптимизация химических реакторов, использующих традиционные \ технологии и создание новых на основе неравновесной плазмохимии.5. Исследование экологических процессов в реках, озерах и водохранилищах.Ограничимся перечисленными областями, хотя указанный список легко может быть расширен.Необходимо сразу же указать, что численное моделирование процессов в указанных областях связано с очень большими вычислительными затратами.Положение еще усугубляется, если нужно не только промоделировать работу некоторого устройства, но и найти наилучшее инженерное решение, т.е. организовать поиск по некоторым параметрам, связанный с перебором вариантов. ^ Указанные вычислительные трудности являются существенным препятствием на пути создания совершенных устройств, отличающихся высокой продуктивностью, низкими энергозатратами и экологической безопасностью.Цель работы Цель настоящей работы это снижение затрат машинного времени при моделировании течений, осложненных физико-химическими процессами, посредством: 1. Разработки специализированных быстрых алгоритмов, высокая эффективность которых достигается за счет использования при их конструировании некоторой априорной информации об изучаемых процессах, а также выработка оптимальной вычислительной стратегии для задач такого рода.2. Применением высокопроизводительной многопроцессорной вычислительной техники, позволяющей распределить весь объем вычислительной работы между множеством процессоров. При этом эффективность использования такой техники остро зависит от принятого распределения (распараллеливания) вычислений между процессорами. Поиск оптимального распараллеливания - важнейшая цель этого исследования. Кратко резюмируя, цель настоящей работы состоит в выработке вычислительной стратегии, позволяющей за минимальное время решать высокоразмерные задачи физикохимической газодинамики посредством построения быстрых алгоритмов, специально настроенных на задачи такого рода и отыскания оптимального распараллеливания при реализации этих вычислений на многопроцессорных вычислительных устройствах.Практическая ценность Весь комплекс вычислительных приемов, предложенный в диссертации, позволяет резко сократить затраты машинного времени при реализации на многопроцессорных вычислительных системах различных моделей физикохимической газодинамики.Это в свою очередь позволяет повысить размерность решаемых задач (например, увеличить число химических реакций, учитываемых моделью) и таким образом приблизить модель к действительности.Возросшая адекватность модели и возможность перебора вариантов Т'^» позволяют находить более совершенные инженерные решения в выше указанных областях.Автор защищает 1. Избранную вычислительную стратегию, состоящую в приведении уравнений физико-химической газодинамики к единой форме и ее расщепление по процессам и координатам, допускающее применение скалярных прогонок и отдельное интегрирование уравнений химической кинетики.2. Исправление спектров решений посредством чередования в \"' определенных долях в процессе интегрирования явных и неявных разностных схем.3. Применение асинхронного интегрирования для решения уравнений химической кинетики. Это резко повышает быстродействие для больших и жестких систем.4. Представление о вычисляющей среде и его использование для оптимального геометрического распараллеливания.1' •f< л Публикации и апробация работы Полученные автором результаты, опубликованы в следующих изданиях.1. В.В. Пекунов, Н.В, Нуждин. Имитаторы многопроцессорной вычислительной системы на персональном компьютере и работы компьютерных сетей в режиме супермашины // Труды Всероссийской конференции "Высокопроизводительные вычисления и их приложения".Издательство МГУ, Черноголовка, 2000 г. 159-161 стр.2. Н.В. Нуждин, В.В. Пекунов, Г. Сидоров, Л.П. Чернышева, Ф.Н. Ясинский.Опыт распараллеливания вычислений для моделей процессов в сплошных средах // Тезисы докладов на VIII Всероссийском съезде по теоретической и прикладной механике. Пермь, 2001 г., с. 461.3. Н.В. Нуждин, Ф.Н. Ясинский. О математическом моделировании движения реагирующих сред // Вестник ИГЭУ, выпуск 1, 2002 г., стр. 125-127.4. Н.В. Нуждин, Ф.Н. Ясинский. Представление о вычисляющей среде и его применения для распараллеливания алгоритмов в механике жидкости и газов // Вестник ИГЭУ, выпуск 2, 2002 г., стр. 85-86.5. Ф.Н. Ясинский, Н.В. Нуждин, В.В.Пекунов, Ускорение и распараллеливание вычислений для моделей течений реагирующих сред // Семинар Института прикладной математики им. М.В. Келдыша РАН. Доклад на семинаре, май 2002 г.6. Н.В. Нуждин, Ф.Н. Ясинский. О математическом моделировании аэродинамических и тепловых технологических процессов // Известия высших учебных заведений. Технология текстильной промышленности, № 1,2003 г., стр. 130-134.7. Н.В. Нуждин, Ф.Н. Ясинский. Об эффективности комбинированных методов решения задач математической физики // Тезисы докладов Международной научно-технической конференции "Состояние и перспективы развития электротехнологии" (XI Бенардосовские чтения), т.1, Иваново, 2003 г., стр. 85.8. Э.Ф. Балаев, Н.В.Нуждин, В.В. Пекунов, Г. Сидоров, Л.П. Чернышева, И.Ф. Ясинский, Ф.Н. Ясинский. Численные методы и параллельные вычисления для задач механики жидкости, газа и плазмы. Учебное пособие и монография. Издательство ИГЭУ, Иваново, 2003 г., 336 с. :Г' Эти публикации сопровождались выступлениями на конференциях и съездах, указанных в пунктах 1,2, 5, 7.Л 1' ' '^ .|v.
|