局域網(wǎng)MPI環(huán)境下的電場并行計算研究.pdf

1、在求解電磁場等問題時，有限元法是被廣泛應用的一種數(shù)值計算方法，這種方法的關鍵是有限元方程的形成和求解。隨著實際應用中三維場求解問題的規(guī)模越來越大且精度要求越來越高，有限元方程的存儲和求解已經(jīng)逐漸成為應用有限元法求解場問題的瓶頸。所以，尋找合適的途徑來減少存儲量和縮短求解時間就成為電磁場計算領域的重要研究課題。區(qū)域分解法能將方程的求解區(qū)域分解為若干子區(qū)域，將原問題的求解轉(zhuǎn)化為對各子區(qū)域的求解，從而對整個任務量進行分解。另一方面，由于計算機

2、及其網(wǎng)絡的普及，PC機已經(jīng)成為科學研究的必備設備，而充分利用這些設備資源來完成大規(guī)模復雜計算也就成了科研人員需要考慮的一個課題。并行計算可以充分利用局域網(wǎng)中的多臺PC機共同完成計算任務。本論文探討了利用局域網(wǎng)中的多臺PC機進行并行計算，解決大型復雜靜電場問題的方法。主要研究內(nèi)容如下:
　　(1)論述了基于人工邊界的區(qū)域分解法，該方法適合于并行求解靜電場。針對該方法的并行化問題，考慮對子任務粒度、MPI編程模式的選擇，分別從區(qū)域劃分

3、、程序中進程調(diào)度和數(shù)據(jù)通信等角度進行分析，介于該方法的區(qū)域分割與媒質(zhì)的自然形狀有關，選擇適合它的迭代計算模式，最終完成對并行算法的設計。該并行算法解決了區(qū)域劃分中負載平衡的問題。
　　(2)根據(jù)設計好的算法實現(xiàn)并行程序，以FORTRAN+MPI為并行語言，局域網(wǎng)中的多臺PC機為計算節(jié)點，搭建并行環(huán)境。建立多導體球模型算例對并行程序進行測試，驗證程序的正確性和效率。
　　(3)對高壓輸電線路中三相絕緣子串周圍電場進行了模擬，得