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《三维电磁粒子模拟并行算法及其应用研究（可编辑）》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、三维电磁粒子模拟并行算法及其应用研究题名和副题名廖臣作者姓名士指导教师姓名刘盛纲院职务、职称、学位、单位名称及地址申请专业学位级别盟±专业名称笠离王佳物理论文答辩日期论文提交日期学位授予单位和日期电壬科技太堂答辩委员会主席评阅人日年月注:注明《国际十进分类法的类号。●独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。签名:
2、日期:夕形年弓月日关于论文使用授权的说明本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定,有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘,允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。保密的学位论文在解密后应遵守此规定少导师签名:/刁躲绣臣日期:励年乡月摘要摘要随着计算机技术的高速发展,电磁粒子模拟方法已成为研究电磁辐射或自洽场相关物理问题的重要手段之一。但是电磁粒子模拟方法很费机时,例如对复杂电真空辐射源的三维模拟往往需要花费数十小时甚至数周的时间。并行计算被认为是
3、解决电磁粒子模拟方法费时问题的最有效手段。本论文的工作旨在对三维电磁粒子模拟的并行算法进行全面而深入的研究,主要包括以下几个方面的内容:.建立了基于消息传递模型的三维电磁粒子模拟并行算法。将三维电磁粒子模拟在每个时间步的推进分解为电磁场更新和粒子推进求解两个计算过程,分别在直角坐标系和柱坐标系下,讨论了这两个计算过程基于“一维分区的并行算法。将两个计算过程的并行算法整合为了完整的三维电磁粒子模拟并行算法,并对整合后的三维电磁粒子模拟并行算法进行了优化。对直角坐标系下基于“一维分区及柱坐标系下沿纵向或径向划分模拟空间的并行算法进行了统一,并分析了柱坐标系下沿角向分区进行并行计算存在的困难。将
4、基于“一维分区’’的并行算法推广到了对模拟空间进行“二维分区’’和“三维分区的情况。.研究了三维并行电磁粒子模拟的改进算法和动态负载平衡算法,并提出了一种基于“分区建模’’的渐变非均匀网格剖分算法。对基于消息传递模型的三维电磁粒子模拟并行算法进行了改进,使每个时间步减少了一次进程同步,可以进一步提高并行加速比。设计了一种三维并行电磁粒子模拟的动态负载平衡算法,该算法周期性地统计各进程的负载,当各进程的负载差别过大时,将调整模拟空间的分区位置,使进程的负载重新达到平衡,从而有效提高并行计算效率。提出了一种基于“分区建模的渐变非均匀网格剖分算法,实现了对超大电尺寸器件的三维并行电磁粒子模拟。.
5、建立了基于共享存储模型的三维电磁粒子模拟并行算法。将三维电磁粒子模拟在每个时间步的推进抽象为三个计算过程:电磁场更新过程、粒子推进求解过程、电荷密度和电流密度更新过程;基于标准,分别设计了每个计算过程的并行算法;并在多核计算机上对算法作了测试和分析。研究了基于/混合模式的并行计算,指出了基于.混合模式的三维并行电磁粒子模拟程序的编制方法。.三维电磁粒子模拟并行算法的应用研究。实现了三维电磁粒子模拟软件摘要.基于/混合模式的并行计算功能。应用.完成了对多种真空电子器件的并行模拟,包括磁绝缘线振荡器、相对论速调管砌认、虚阴极振荡器等多种高功率微波源、重要的太赫兹电真空辐射源扩展互作用振荡器、以
6、及脉冲功率器件磁绝缘传输线Ⅶ。模拟结果证明了并行算法的正确性,并表明并行计算能显著地提高计算速度、缩短模拟时间。研制了一款专用于模拟直线感应加速器队输运系统的三维并行电磁粒子模拟软件?,廿,应用对一款长约米、由个加速段组成的认输运系统进行了基于“分区建模’’的并行模拟。关键词:三维电磁粒子模拟,并行计算,电磁辐射,消息传递模型,共享存储模型Ⅱ?.?.一.:一..,...’....一一..?一.一..’:,.一./.一.,,.,也,.:,,目录目录第一章绪论.电磁粒子模拟方法概述.并行电磁粒子模拟概述..并行计算概述?..电磁粒子模拟的并行计算策略..并行电磁粒子模拟的研究意义.电磁粒子模拟
7、的研究进展?.论文的立题背景及主要工作与创新.论文的组织结构?一第二章直角坐标系下基于的三维.并行算法.引言?.并行计算的基本假定??..并行算法设计..电磁场更新的并行算法...显式递推的并行算法...隐式递推的并行算法..粒子推进求解的并行算法?....并行算法的优化??。.并行算法的推广.并行加速比和效率分析.庄立月日?...计算平台...扩展互作用振荡器的模拟?。.小结?.目录第三章柱坐标系下基于的三维.并行算法
