局域网mpi环境下的电场并行计算研究

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1、ClassifiedIndex：TM41U．D．C：621．3ThesisfortheMasterDegreeStudiesonParallelComputationforElectricFieldCandidate：Supervisor：School：DateofDefence：UsingMPIinALANDegree--Conferring·-Institution：JingyuYangProf．ZezhongWangSchoolofElectricalandElectronicEngineer

2、ingMarch，2013NorthChinaElectricPowerUniversity华北电力大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文《局域网MPI环境下的电场并行计算研究》，是本人在导师指导下，在华北电力大学攻读硕十学位期问独立进行研究工作所取得的成果。据本人所知，论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。作者签名：妇荀文诌苦日期：为侈年≥月形日华北电力

3、大学硕士学位论文使用授权书《局域网MPI环境下的电场并行计算研究》系本人在华北电力大学攻读硕士学位期间在导师指导下完成的硕士学位论文。本论文的研究成果归华北电力大学所有，木论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完全了解华北电力大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权华北电力大学，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可以公布论文的全部或部分内容。本学位论文属于(请在以上相应方框内打“4”)：保密口，在年解密后适用本

4、授权书不保密一作者签名：毒运)弛日期：≯眵年弓月矽日导师签名：≥评色●日期：2口U年j序∥／日华北电力大学硕士学位论文摘要在求解电磁场等问题时，有限元法是被广泛应用的一种数值计算方法，这种方法的关键是有限元方程的形成和求解。随着实际应用中三维场求解问题的规模越来越大且精度要求越来越高，有限元方程的存储和求解已经逐渐成为应用有限元法求解场问题的瓶颈。所以，寻找合适的途径来减少存储量和缩短求解时问就成为电磁场计算领域的重要研究课题。区域分解法能将方程的求解区域分解为若干予区域，将原问题的求解转化为对各予

5、区域的求解，从而对整个任务量进行分解。另一方面，由于计算机及其网络的普及，PC机已经成为科学研究的必备设备，而充分利用这些设备资源来完成大规模复杂计算也就成了科研人员需要考虑的一个课题。并行计算可以充分利用局域网中的多台PC机共同完成计算任务。本论文探讨了利用局域网中的多台PC机进行并行计算，解决大型复杂静电场问题的方法。主要研究内容如下：(1)论述了基于人工边界的区域分解法，该方法适合于并行求解静电场。针对该方法的并行化问题，考虑对子任务粒度、MPI编程模式的选择，分别从区域划分、程序中进程调度和

6、数据通信等角度进行分析，介于该方法的区域分割与媒质的自然形状有关，选择适合它的迭代计算模式，最终完成对并行算法的设计。该并行算法解决了区域划分叶I负载平衡的问题。(2)根据设计好的算法实现并行程序，以FORTRAN+MPI为并行语言，局域网中的多台PC机为计算节点，搭建并行环境。建立多导体球模型算例对并行程序进行测试，验证程序的正确性和效率。(3)对高压输电线路中三相绝缘子串周围电场进行了模拟，得到了电场的分布。关键词：并行计算；电场：区域分解：人工边界；MPI；并行效率华北电力大学硕士学位论文Ab

7、stractThefiniteelementmethodiSanumericalmethodwhichhasbeenwidelyusedtosolveelectromagneticfieldsproblems．Thekeytothismethodistheformationandsolvingofthefiniteelementequation．Withtheincreasingscaleandprecisionofcomputationfor3Dfieldinpracticalapplicatio

8、ns，thestoreandsolutionoffiniteelementequationshavebeenthebottleneckofusingfiniteelementmethodtosolvefieldproblems．Therefore，findingtherightwaytoreducetheamountofstorageandshortencomputationtimehasbecomeanimportanttopicinthefieldofelectr