危險(xiǎn)氣體泄漏擴(kuò)散模型算法并行優(yōu)化及實(shí)現(xiàn).pdf

1、現(xiàn)代化的化工產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)出數(shù)目眾多的化學(xué)品，在這些化學(xué)品中不乏有毒、易燃易爆的危險(xiǎn)化學(xué)品。一旦發(fā)生意外泄漏，壓力容器中高密度的危險(xiǎn)物質(zhì)會迅速進(jìn)入到環(huán)境中，形成危險(xiǎn)氣云。如果危險(xiǎn)氣體云的密度大于大氣密度，該氣云即是所謂的重氣云。研究危險(xiǎn)化學(xué)物質(zhì)的泄漏和擴(kuò)散規(guī)律，定量的分析釋放的危險(xiǎn)重氣云在大氣環(huán)境中的濃度和泄漏擴(kuò)散速度，為危險(xiǎn)品泄漏突發(fā)事故應(yīng)急預(yù)案提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)信息，有利于及時(shí)制定事故救援策略，減少事故損失。另一方面計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)的飛速發(fā)展將

2、人類帶入多核時(shí)代，多核計(jì)算機(jī)已經(jīng)廣泛應(yīng)用到科研領(lǐng)域。研究人員可以在多核計(jì)算機(jī)平臺上對危險(xiǎn)重氣體的泄漏、擴(kuò)散數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬計(jì)算，而不必再進(jìn)行危險(xiǎn)氣體泄漏擴(kuò)散現(xiàn)場試驗(yàn)，這大大減少了實(shí)際研究過程中所需要的人力、財(cái)力損耗。
　　本文主要是研究壓力容器中的氣體泄漏模型、泄漏后環(huán)境中的重氣云擴(kuò)散數(shù)值計(jì)算模型，在單機(jī)多核平臺上高效的計(jì)算出氣體泄漏速率、重氣云擴(kuò)散速率和重氣云濃度參數(shù)。為了能夠充分的發(fā)揮計(jì)算機(jī)的多核功能，提高CPU的利用率，并且能夠

3、實(shí)時(shí)的計(jì)算出大量的氣體泄漏擴(kuò)散數(shù)據(jù)，先利用并行計(jì)算理論中的數(shù)據(jù)分解、流水線模式、任務(wù)并行法、分治法和動(dòng)態(tài)任務(wù)調(diào)度法對重氣云泄漏、擴(kuò)散模型算法進(jìn)行并行優(yōu)化，然后引入OpenMP多線程共享存儲并行編程模式，結(jié)合OpenMP的編譯制導(dǎo)語句和運(yùn)行時(shí)庫函數(shù)來實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的并行算法。通過對氣體泄漏數(shù)值計(jì)算模型算法和重氣云擴(kuò)散數(shù)值計(jì)算模型算法的優(yōu)化，減少數(shù)值計(jì)算模型的計(jì)算時(shí)間開銷，保證計(jì)算的實(shí)時(shí)性。利用Amdahl、Gustanfon-Barsis定律和

4、Karp-Flatt度量對優(yōu)化后的危險(xiǎn)氣體泄漏、擴(kuò)散數(shù)值計(jì)算模型并行算法的性能進(jìn)行度量，通過分析不同問題規(guī)模和內(nèi)核數(shù)目對并行化后的泄漏擴(kuò)散模型的計(jì)算速率的影響得出結(jié)論:氣體泄漏擴(kuò)散時(shí)間越長，處理器內(nèi)核數(shù)目越多，通過并行計(jì)算優(yōu)化后的模型計(jì)算算法計(jì)算效率越高，并行性能越好。采用并行優(yōu)化的泄漏擴(kuò)散模型能夠更高效的計(jì)算出氣體泄漏速率、重氣云擴(kuò)散速率和重氣云濃度，顯著減小模型計(jì)算的計(jì)算時(shí)間，更加快速的為危險(xiǎn)品泄漏擴(kuò)散事故可視化模擬和應(yīng)急輔助決策提