基于光路追踪法的激光能量沉积并行计算new

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1、万方数据CN43-1258／TPISSN1007—130X计算机工程与科学COMPUTERENGINEERING&SCIENCE2011年第33卷第3期V01．33，No．3，2011■__●●_________——____●_—●____—____—-————_—_●—__—_—_____●____■—●______●—_—■——____——__——●———●—__—_●___——__—_I__■___一文章编号：1007—130X(2011)03—0136—05基于光路追踪法的激光能量沉积并行计算+ParallelizationofLase

2、rEnergyDepositionBasedontheRay——TracingAlgorithm吕信。莫则尧LUXin，MOZe-yao(北京应用物理与计算数学研究所。北京100088)(InstituteofAppliedPhysicsandComputationalMathematics。Beijing100088，China)摘要：在激光驱动惯性约束聚变的数值模拟中，通常使用光路追踪法来计算激光能量沉积。为了适应大规模、高效率的数值模拟需要，本文提出了分组流水线的光路追踪并行策略，能够充分提高大量光线在区域分解网格下的并行性。Abstra

3、ct：Inordertosimulatetheenergydepositionintheinertialconfinementfusiondrivenbyla—ser，ageometricopticsapproximationcalledtheray—tracingalgorithmisusedingeneral．Becauseoftherequirementsoflarge—scaleandefficientsimulations，theparallelizationoftheray—tracingalgorithmisdiscussed．R

4、ay-tracingcomputationiseffectivelydealtwithbyflgroup—pipelinestrategywhichcansig—nifieantlyimprovetheparallelperformancewiththeexistingdecompositionofthedomain．关键词：激光能量沉积；光路追踪法；并行算法Keywords：laserenergydeposition；ray—tracingalgorithm；parallelalgorithmdoi：10．3969／j．issn．1007一1

5、30X．2011．03．024中图分类号：TP301文献标识码：A1引言在激光驱动惯性约束聚变的数值模拟[1]中，作为唯一的源项，激光能量沉积计算的好坏会影响整体模拟结果的可靠性，需要细致处理。如果严格按照激光等离子体相互作用的动力学来模拟激光能量沉积，需要的计算量极大，以近期内的计算条件是不可能实现的[¨。当激光波长远小于激光传播区的尺度，且激光波长范围内等离子体密度变化很小时，激光能量沉积过程可以作几何光学近似。于是，在LASNEX[e3、ICF3D[引、LARED-Hc1o等模拟程序中，计算激光能量沉积采用的是几何光学近似下的光路追踪方法

6、H]：把激光束划分为很多条光线，每条光线在初始时赋予一定的能量，根据激光束与物理求解域的空间关系得到每条光线进入物理求解域的位置；然后光线按照几何光学的规律在物理求解域中传播，通过逆轫致方式将能量沉积，直到此条光线能量全部沉积或者离开物理求解域。这个过程呵以看作是，初始具有一定动能的“粒子”进入介质区，在向前运动的过程中把能量交给介质区，从而动能减小，直到动能为零或穿出介质区。在所有光线计算完成后，就得到了物理求解域上的激光能量沉积分布。当物质状态相对于激光能量沉积过程变化很慢时，可以认为在每个流体时间步激光都传遍了整·收稿日期：2009—12

7、—29；修订日期：2010。05—04通讯地址：100088北京市海淀k花圆路6号应用物理与计算数学研究所Address：InstituteofAppliedPhysicsandComputationalMathematics，6HuayuanRd。HaidianDistrict，Beijing100088，P．R．China136万方数据个计算区域，嗣此．靠每个时问步卸始都计算激光能情口c积，作为能甘方程的显式源项．不与箕它物理过程的计算相耦台。目前，LAREP,H计算腔靶模型．一束激光丹540荣光线时．在一个流体时删步激光能量况积i{l；分

8、计算占吐计锋时间近：分之．计算效率’j文献L5J所述有了鞍夫提高。当融光束数增加或流体罔格细分后．需簪相应增加光线条数．计算量剌鹰增加。随蕾数值模拟程