多物理并行数值模拟中的两层紧耦合联接算法

复杂物理现象通常由多类复杂的物理过程紧耦合构成,其数值模拟也通常由适用不同物理过程的多类并行应用程序紧耦合完成．如何设计这些物理过程之间的联接算法,既要保证程序之间数据传递的高效,又要保证程序各自运行和总体模拟的高效,还要保证程序各自开发的独立,是一个值得研究的课题．该文基于广泛应用于高温高压多物理研究中的辐射流体力学和中子输运多物理并行数值模拟,在非结构网格上,提出了两种联接算法：完全松散联接算法和两层紧耦合联接算法,前者侧重于实现程序各自运行的高效和开发的独立,后者在前者的基础上,还权衡了数据传递和总体模拟的高效．在两台并行机的数百个处理机上,通信复杂度分析和数值实验结果表明两个算法均是有效的,可推广适用于辐射或中子输运与其他流体力学的多物理并行数值模拟应用中．特别地,两层紧耦合联接算法是高效可扩展的,取得了近似最优的并行性能．     

负载平衡技术在油藏数值模拟模型并行化中的应用

对胜利油区广泛采用的多层二维二相油藏模拟模型开展了并行化研究，提出并采用按层粗粒度并行方法实现软件的并行化。在此基础上，为解决各处理器负载不平衡的缺陷，结合软件的特点设计了多种负载平衡方案进行对比研究，优化后的负载平衡方案有效地提高了软件的并行效率，半进行了多种实用性影响因素分析。     

网格融合技术在列车过隧道运动网格数值模拟中的应用

在高速列车过隧道问题的数值模拟中,为提高模拟准确性而考虑转向架、受电弓导流罩、车厢连接处等细部结构后,几何模型变得复杂。为了得到质量高、适用性强的计算网格,在列车附近生成非结构化四面体网格,运动网格及计算区域其余部分划分块结构化六面体网格。在融合面上,利用网格融合技术处理四面体网格的三角形面网格和六面体网格的四边形面网格的联结问题,通过控制节点位置的变化满足拓扑一致,实现无缝连接。通过三维数值模拟计算结果与一维实验结果的对比发现,在同等精度要求下,采用网格融合技术及分区思想生成的网格整体上数量更少,生成速率更高,该方法可推广应用于更复杂几何模型的网格划分中。     

实用油藏数值模拟软件的开发与应用

介绍一个实用的微机版软件——轻松油藏数值模拟器，并给出了应用实例。该软件是集主模型、前处理及其后处理于一体能用于完成中小型油藏数值模拟任务的综合性软件，具有易学易用、计算快捷、数据接口良好等优点。     

基于非结构网格的飞行器多体分离数值模拟

针对基于非结构网格方法的飞行器多体分离数值模拟中的局部网格重构问题,提出了一种基于单元相邻关系的重构区域构造方法。首先,根据单元半径比检查网格质量并标记重构单元;其次,通过网格单元的相邻关系对重构区域进行扩展;最后,通过标记非二边流形边的周围单元保证重构区域边界定义满足二边流形准则。基于该方法的某分离物投放数值实验中,成功进行了16次网格局部重构操作,重构后总体网格单元半径比的平均值达到0.71以上。计算结果和风洞实验数据的比较分析表明,数值实验精确地计算出分离物的运动轨迹和运动姿态,验证了非结构动网格重构过程的有效性。     

测量造型技术在汽车覆盖件成形数值模拟中的应用

汽车覆盖件冲压成形数值模拟需要有精确的曲面CAD模型来划分有限元网格。利用测量造型技术从覆盖件产品的原模型获得CAD模型,并在此基础上建立成形数值模拟所需有限元模型的全过程,讨论了其中的关键技术和难点。     

数值模拟在地下水环境影响评价中的应用

本文利用地下水数值模拟软件Visual Modflow,在详细研究某电厂周边水文地质条件的基础上,建立了研究区的地下水流动模型和地下水溶质运移模型,对电厂事故工况下泄露到地下水中轻质柴油的运移规律进行了模拟研究,就其对地下水的影响进行了分析评价。结果表明:模拟期内柴油对含水层造成了污染,并且存在超标现象,但没有对保护目标造成明显影响。结合数值模拟过程,提出了数值模拟在地下水评价应用中的一些注意事项,可为今后的地下水评价提供参考。     

非均质问题的几种数值方法

计算力学在科学技术发展和工程分析中扮演着越来越重要的角色,其应用范围相当广泛,如航天、航空、机械、土木及材料等领域．本文仅简略介绍众多数值方法中的几种方法（有限元法、边界元法及边界域积分方程法等）及其在非均质问题中的应用以及所存在的问题．     

基于非等距网格高阶紧致差分格式的多重网格算法研究

本文结合非等距网格高精度紧致差分格式的优越性与多重网格方法的快速收敛性,求解二维对流扩散方程。研究结果表明,对于处理物理量在不同的空间方向呈现不同的性态特征或不同变化规律的物理问题时,用非等距网格离散的四阶紧致格式的多重网格算法和二阶中心差分格式的多重网格算法都比等距网格离散得高效。同时,在非等距网格下下,部分半粗化多重网格算法比完全粗化多重网格算法具有更高的计算效率。针对不同的松弛算子对误差残量的磨光效果比较研究表明,线松弛算子是最高效的。而且,非等距网格离散的高精度紧致格式的多重网格算法对于对流扩散问题中大网格雷诺数情形也是收敛的。     

油藏数值模拟有限元并行计算方法研究

针对目前油藏数值模拟普遍采用的有限差分法计算精度低的问题,提出了兼顾计算精度、计算速度问题的有限元油藏数值模拟方法,即在建立了油藏数值模拟数学模型的基础上通过有限元数值分析方法建立有限元数值模型,但有限元在油藏数值模拟时存在单机计算困难、计算时间长的问题,为此提出了利用区域分解技术的油藏数值模拟并行计算方法,最后将该方法通过实例进行检验,取得了良好的加速比和并行效率。     

复杂非均质地层的等值线生成算法研究

等值线图是复杂油气藏地质研究中的一类重要表示形式。针对地层数据特点,研究和分析了复杂非均质地层数据等值线绘制方法的不足,提出一种新的分区方法,实现了带断层的数据集合划分。基于Delaunay三角剖分算法,并以几何多边形为雏形,建立了带约束的三角网格模型。采用约束Delaunay三角网的拓扑结构,选用改进的反距离加权插值算法,有效地解决了断层两侧高程值问题,并结合实际应用要求在VC++与OpenSceneGraph的开发环境下,实现了非均质带断层的地层等值线的绘制。通过对国内某采油厂的实际油气储集地层数据等值线图的绘制和可视化,证明了方法的可行性和准确性。     

数值模拟网格数据模型设计与实现

在等离子体动力学、电磁学理论等物理问题的数值模拟中,各类数值模拟程序产生了大量复杂结构的科学数据.一方面,计算程序需要以高效率的I/O方式存储数据,另一方面,数据需要在各类程序间很容易地交换与共享.随着数据的规模与复杂度不断增加,传统数据管理方式的局限性日益突出.为此,设计了面向计算物理领域的数据存储模型--数值模拟网格数据模型(JAD),引入元数据管理机制,对数值模拟程序数据对象进行抽象与封装,在HDF5软件库基础上实现了高层I/O函数库(JADLib),集成先进的数据存储技术,提供直观、易用的应用程序编程接口(API),使得数值模拟数据以统一格式高效率地存储.目前,JADLib已推广应用于高功率微波、惯性约束聚变等领域多个数值模拟程序中,与元数据管理系统(JADIS)、并行可视化系统(JaVis)建立了耦合,使得用户可以直接利用这些系统进行数据的浏览、分析及可视化,促进了应用程序间的数据共享.     

并行油藏数值模拟软件的实现及在国产高性能计算机上的应用

主要介绍了百万网格点规模的精细油藏数值模拟在国产高性能并行计算机与微机机群系统上的应用情况。针对若干组来自于国内油田的百万网格点实际数据，给出了在多种国产并行机环境下的运行结果，并作了分析与评价，在此基础上，讨论并行油藏数值模拟软件高效过程中遇到的关键技术，探讨大型软件并行化过程中经常遇到的瓶颈问题及改进方案。     

激光推进数值模拟预处理并行算法研究*

激光推进数值模拟预处理程序为数值模拟主程序提供网格信息和设置边界条件,实现并行计算可以缩短大规模网格生成时间,从而提升高分辨率数值模拟的效率。分析并利用公用数据的特点改进原有串行算法,进而实现并行计算。算法测试结果表明,该并行算法有效地缩短了网格生成时间。     

地下水流可视化多尺度数值模拟系统设计与实现

将多尺度有限元法（MsFEM）与地理信息系统（GIS）进行有机集成,开发出基于组件式地理信息技术的地下水流多尺度数值模拟系统,实现求解区域的多重尺度离散、参数的可视化赋值、稳定/非稳定水流的多尺度数值模拟、粗尺度解的重构以及模拟结果的多方案显示等功能,使得MsFEM数值模型具有了图形表达能力,模拟结果更以矢量的形式存储,可供进一步决策分析。通过数值实例测试了系统性能,结果表明：以MsFEM为核心研发的集成系统为地下水流多尺度数值模拟提供了高效的可视化界面。     

半导体器件模拟线性方程组求解算法研究

在半导体器件模拟程序中，需要求解线性方程组，直接法在矩阵规模较大时逐渐暴露出对存储空间要求过大的缺点，从而导致运算速度的下降，而采用迭代算法，如广义最小偏差算法（GMRES）法，在处理大规模稀疏矩阵时对存储空间要求较小，有效地解决了存储空间不足的问题，并能显著地提高运算速度，迭代算法有望成为新一代器件模拟软件的主流数值计算方法。     

基于STL文件的非均匀网格剖分技术研究

有限差分法广泛用于铸造过程中流场和温度场等的模拟,而对复杂模拟对象进行三维网格自动划分是十分重要的。在传统的网格剖分算法基础上,研究了非均匀剖分的步长自动确定算法,并开发了网格剖分前处理软件。对实际模型的应用研究表明,本算法可以根据铸件的壁厚、拐角等特征自动确定网格空间步长,节省网格剖分所需时间,减少人工参与网格划分的工作量,从而提高了网格剖分效率,为快速求解温度场等物理量奠定了基础。     

动画技术在塑性加工数值模拟中的应用

本文将计算机动画技术应用到塑性加工过程的数值模拟中，实现了在计算机的屏幕上动态变化的图像来模拟金属毛坯的成型过程，用颜色的改变表示金属毛坯内部各区域的应力或其它场变量值在成形过程中变化情况，并已开发出一套相应的软件，并运行在ＰＣ兼容型微机上。     

无网格方法中的结点分布算法

本文针对无网格法的特点,设计了一种适应于气固两相流直接模拟计算的结点分布算法．该算法在计算域内均匀分布结点,在颗粒周围以辐射状分布结点,并删除其中距离过近以及强烈影响当地结点均匀度的结点．计算表明,该算法在分布结点过程中不需要借助网格,可以直接得到比较理想的结点分布,从而为无网格法应用于气固两相流的直接模拟计算打下坚实的基础．