基于MPI的三維相場模型研究.pdf

1、隨著計算材料科學的發(fā)展，通過數(shù)值模擬方法真實再現(xiàn)鑄件凝固過程，揭示鑄件內部各種組織花樣的形成機制及演化歷程，已逐漸成為研究凝固過程的一種非常重要的手段。相場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)出越來越重要的作用。此外，相場法通過相場與溫度場、溶質場、重力場、磁場及其他外部場的耦合，可有效地將微觀與宏觀尺度結合起來，能夠對金屬凝固過程進行真實的模擬，成為模擬材料微觀組織的熱點。
　　近年來,集群系統(tǒng)

2、以其低成本、高性能的特性提供了強大的并行計算能力和批處理能力,代表了高性能計算機發(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計模式,MPI則是其中最受歡迎的設計平臺,被應用在各個領域中。本文基于 MPI在集群環(huán)境下對三維相場模型的并行算法進行研究和實現(xiàn)。
　　在三維相場模擬中存在計算量大、效率低、求解區(qū)域小等突出問題，為了解決上述問題，探討采用基于 MPI的并行編程求解三維相場模型，較大尺度的實現(xiàn)三維枝晶定量模擬。通過

3、各節(jié)點內串行、節(jié)點間并行計算，以達到減少在較大規(guī)模三維區(qū)域內枝晶生長的計算時間的目的。同時，研究了 MPI主從和對等兩種模式并對其計算效率進行比較，結果表明,主從模式比對等模式計算加速比更高。在任務規(guī)模為5003時，與串行計算時間相比，主從模式能達到10.3倍的加速比，而對等模式只能達到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的計算區(qū)域只能達到5003，而采用基于 MPI的并行編程不僅可以提高計算效率，同時還