基于MPI的三維相場(chǎng)模型研究.pdf

1、隨著計(jì)算材料科學(xué)的發(fā)展，通過(guò)數(shù)值模擬方法真實(shí)再現(xiàn)鑄件凝固過(guò)程，揭示鑄件內(nèi)部各種組織花樣的形成機(jī)制及演化歷程，已逐漸成為研究凝固過(guò)程的一種非常重要的手段。相場(chǎng)法作為目前最有效的微觀組織數(shù)值模擬方法，已在凝固微觀組織演化研究中體現(xiàn)出越來(lái)越重要的作用。此外，相場(chǎng)法通過(guò)相場(chǎng)與溫度場(chǎng)、溶質(zhì)場(chǎng)、重力場(chǎng)、磁場(chǎng)及其他外部場(chǎng)的耦合，可有效地將微觀與宏觀尺度結(jié)合起來(lái)，能夠?qū)饘倌踢^(guò)程進(jìn)行真實(shí)的模擬，成為模擬材料微觀組織的熱點(diǎn)。
　　近年來(lái),集群系統(tǒng)

2、以其低成本、高性能的特性提供了強(qiáng)大的并行計(jì)算能力和批處理能力,代表了高性能計(jì)算機(jī)發(fā)展的新方向。消息傳遞是目前集群系統(tǒng)廣泛使用的一種程序設(shè)計(jì)模式,MPI則是其中最受歡迎的設(shè)計(jì)平臺(tái),被應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域中。本文基于 MPI在集群環(huán)境下對(duì)三維相場(chǎng)模型的并行算法進(jìn)行研究和實(shí)現(xiàn)。
　　在三維相場(chǎng)模擬中存在計(jì)算量大、效率低、求解區(qū)域小等突出問(wèn)題，為了解決上述問(wèn)題，探討采用基于 MPI的并行編程求解三維相場(chǎng)模型，較大尺度的實(shí)現(xiàn)三維枝晶定量模擬。通過(guò)

3、各節(jié)點(diǎn)內(nèi)串行、節(jié)點(diǎn)間并行計(jì)算，以達(dá)到減少在較大規(guī)模三維區(qū)域內(nèi)枝晶生長(zhǎng)的計(jì)算時(shí)間的目的。同時(shí)，研究了 MPI主從和對(duì)等兩種模式并對(duì)其計(jì)算效率進(jìn)行比較，結(jié)果表明,主從模式比對(duì)等模式計(jì)算加速比更高。在任務(wù)規(guī)模為5003時(shí)，與串行計(jì)算時(shí)間相比，主從模式能達(dá)到10.3倍的加速比，而對(duì)等模式只能達(dá)到9.1倍的加速比。限于現(xiàn)有的硬件條件，在單 CPU上的三維枝晶體生長(zhǎng)的計(jì)算區(qū)域只能達(dá)到5003，而采用基于 MPI的并行編程不僅可以提高計(jì)算效率，同時(shí)還