基于MPI的黄河下游二维水沙数学模型并行计算研究

基于MPI的消息传递实现了黄河二维水沙数学模型的并行编程。以数据的分布存储作为区域划分的依据，实现了计算量的负载平衡；在全局网格和局部区域之间建立映射关系，并且在临界单元、进出口单元、共用节点通过规约等进行特殊处理，一方面尽可能减少了通讯量，另一方面也避免了消息的阻塞。采用曙光4000A并行计算系统的8个CPU进行计算的加速比达0．8，同时，多CPU并行计算极大地提高了计算任务的容量，使得无法在单机上完成的巨量计算成为可能。     

平面二维非均匀泥沙OpenMP并行计算模型

为实现平面二维非均匀泥沙模型并行计算,采用OpenMP指令对串行源程序进行改造。基于三角形-四边形混合网格的平面二维非均匀泥沙有限体积模型具有显式求解时网格单元相互独立性这种特性,Fortran串行源程序无需进行较大的修改,只要在循环计算和数组整体操作部分嵌入OpenMP循环并行指令和数组并行指令,即可实现并行计算。案例分析结果表明,在并行线程数目等于计算机固有线程数目时,并行加速比达到最大值1.55;OpenMP技术使用线程间共享内存的方式协调并行计算,很适合在多核计算机上运行,且编程简单灵活,将随着计算机硬件性能的提高得到更广泛的应用。     

一种基于开源软件的新型电力系统网格计算平台

提出了一种能够实现分布式并行计算的新型开源电力系统网格计算平台。该网格计算平台是基于互联网的若干开源软件,通过软件技术,把高效网格分析处理软件Gridgain整合到电力系统仿真软件InterPSS中,构建了一个高效的电力系统分布式并行计算平台。与现有的分布式并行计算平台相比,该平台具有建立和维护简单、源代码开放和极强的可扩展性等特点,因而具有更广阔的发展空间和应用前景。应用一个算例展示了如何通过简单的步骤对其功能进行扩展。     

水动力学数学模型并行计算技术研究及实现

基于MPI(Message Passing Interface)消息传递实现了黄河二维水动力学数学模型的并行编程。以数据的分布存储作为区域划分的依据,实现了计算量的负载平衡;在全局网格和局部区域之间建立映射关系,并且在临界单元、进出口单元、共用节点等通过规约等进行特殊处理,一方面尽可能的减少通讯量,另一方面也避免消息的阻塞。采用曙光4000A系统的8个CPU进行计算的加速比达0.8,多CPU并行计算极大的提高了计算任务的容量,使得无法在单机上完成的巨量计算成为可能。     

数值流形法覆盖系统并行生成算法研究

计算效率低是当前制约数值流形法应用于大型实际工程模拟的瓶颈问题,并行计算作为一种加速计算技术,能有效地提高数值流形法的计算效率。在串行算法基础上,系统研究了基于分布式内存编程模式的数值流形法覆盖系统和流形单元并行生成算法。首先,在分析并行算法与串行算法不同点和难点的基础上,采用区域分解算法实现并行任务分配,并提出覆盖系统并行生成主要步骤。采用临时规则粗网格形成负载均衡的子区域,提出相应子区域生成算法。其次,在深入分析数值流形法数学覆盖、物理覆盖和流形单元之间关系基础上,探讨并行算法中子区域覆盖系统生成的关键技术,以及物理覆盖和流形单元编号规则。然后,针对并行算法提出了建立覆盖系统界面信息算法,为数值流形法并行计算过程中通讯和数据交换提供支持。最后,在覆盖系统并行生成算法基础上,采用C++面向对象编程技术开发了相应程序。2个算例结果验证了算法正确性和有效性,为后续并行模拟提供了前处理器。     

具有壁面Weis-Fogh机构流体动力多重网格并行计算

应用多重网格区域分裂并行计算方法研究具有壁面Weis-Fogh机构绕流，将二维物理平面流动区域变换为矩形区域，推导出流函数的多重网格差分计算格式，编制出并行计算程序。全部计算在英国London大学ITL并行计算中心完成。结果表明，多重网格并行计算具有较高的加速比，绕机翼的环量计算值与理论吻合。     

DWSM动态并行计算技术

针对DWSM计算模式鲁棒性低、计算时间长、无法实现多核计算等局限性,对模型的算法和存储规则进行相应改进。在遵从DWSM计算逻辑顺序的基础上,抛弃原计算单元顺序表模式关于虚拟河道的假设,采用流域分区概念进行河网树结构的模式设计,在基于叶节点并行计算的基础上研究动态分级并行计算技术,以进一步完善计算模式。以黄河宁蒙段流域为实例,计算结果表明,算法的优化极大地提高了DWSM的计算效率,增强了其对大范围、具有复杂河网结构流域水沙规律研究的适用性。     

有限元并行计算任务划分的神经网络算法

区域分解方法是有限元并行计算任务划分的有效手段,可将这种有限元计算区域网格的划分看成组合优化问题,运用神经网络原理为有限元并行计算任务的合理划分提供了一种可行的方法.     

重力坝底孔三维有限元应力分析研究

在重力坝底孔三维有限元应力分析中,单元模型的选取,大容量问题计算途径以及单元网格划分疏密的控制原则,关系到完成计算和计算成果是否具有足够的精度,这一点至关重要。结合桃林口水库建设的实际对该问题进行研究,表明采用20节点等(次)参单元模型和多层子结构方法是提高计算精度的有效手段。通过不同疏密度单元网格的分析比较,确定了底孔三维有限元应力分析网格的部分原则。     

大体积混凝土结构温度场冷却水管模拟的叠单元法

水管冷却是大体积混凝土结构重要的温控措施,如何准确模拟其作用是温度场分析中的关键问题之一,由于冷却水管尺寸相对大体积混凝土结构相差较大,其精细模拟是仿真计算的重点。论文提出了大体积混凝土冷却水管模拟的叠单元法。首先,将结构划分为不含冷却水管的整体网格和各冷却水管附近区域的局部网格,整体网格和局部网格相互独立。然后,在局部网格范围内直接采用常规有限元格式,在局部网格的外边界面上设置耦合面,通过热传导方程的协调,实现整体网格与局部网格的耦合。最后,应用本文方法分析了单管和多层弯管的算例,对其计算精度进行了验证。结果表明:叠单元法网格离散简便易行,可兼顾精度与效率,有望应用于工程实际。     

水利高性能计算的进展

针对水利信息化对精细模拟与高性能运算提出的愈来愈高的要求,在简单介绍高性能计算的硬件、软件环境及其在水利上的几个应用实例后,着重介绍了并行有限元法、并行边界元法的一些进展以及网格技术的最新进展。指出从网络到网格是高性能计算发展的最新方向,应以网格平台支持、促进水利信息化进程。     

基于水利网格的资源整合与应用

在探讨网格技术的基础上,以主题信息服务、按需计算服务、个性化决策服务的高效化和便捷化为目标,构建了水利网格平台框架及平行系统,分别实现了异构信息的高效集成、计算力资源调度及服务可视化、卫星遥感MODIS数据的按需计算服务、基于平行系统的洪水预报以及基于网格系统的仿真模拟环境。以水利网格作为基础平台的资源整合与应用方案,能够有效的解决多种水利业务的分析、处理问题,并在一定程度上辅助支持了预报和决策。     

GPU acceleration of a nonhydrostatic model for the internal solitary waves simulation

The parallel computing algorithm for a nonhydrostatic model on one or multiple Graphic Processing Units (GPUs) for the simulation of internal solitary waves is presented and discussed. The computational efficiency of the GPU scheme is analyzed by a series of numerical experiments, including an ideal case and the field scale simulations, performed on the workstation and the super-computer system. The calculated results show that the speedup of the developed GPU-based parallel computing scheme, compared to the implementation on a single CPU core, increases with the number of computational grid cells, and the speedup can increase quasilinearly with respect to the number of involved GPUs for the problem with relatively large number of grid cells within 32 GPUs.     

基于滑模控制的新能源电网环境下水力发电机组控制方法

为提升新能源电网环境下水力发电机组的整体运行平稳性,提出基于滑模控制的新能源电网环境下水力发电机组控制方法。构建新能源电网环境下水力发电机组数学模型,通过定义滑模动态并设计滑模控制器,实现了对所构建发电机组数学模型的滑模变结构控制。为提升控制的稳定性,将模糊控制引入到滑模变结构控制中,设计模糊滑模控制器,通过运用模糊控制规则有效削弱滑模变结构控制过程中产生的抖振问题,降低抖振对新能源电网环境下水力发电机组造成的危害。结果表明:该方法实施控制时,试验发电机组仅在启动之后的0.3s左右,其转速便可到达给定的稳定转速;并经过0.25s左右的时间便能够令试验发电机组恢复到给定转速;当第0.9s施加扰动信号时,在该方法控制下试验发电机组的转矩波动不明显,且能够快速恢复平稳。该方法能够实现对新能源电网环境下水力发电机组启动与负载扰动下的转速平稳控制,具有较好的启动性能与鲁棒性,可有效控制存在扰动信号下发电机组的电流与转矩,且控制响应速度高,能够有效削弱抖振幅度,整体控制效果理想,控制中未出现超调现象,能够实现对负载扰动的优越控制,控制性能稳定。     

交流励磁可变速抽水蓄能机组技术及其应用分析

交流励磁可变速蓄能机组是一种先进的调峰调频电源新技术,介绍了其发展概况、基本原理及结构,阐明了其技术优势,分析了其运行应用情况及发展趋势,并就其技术经济进行了比较,给出了合适的装机容量比例。     

基于LINUX和MPICH2 的高性能科学计算集群搭建及其性能评测

在水利工程计算中,单机计算已经不能满足实际科研和生产的需要,大型工程的设计、施工、管理和科学研究都越来越依赖于高性能科学计算。采用并行计算和计算机网络技术构建高性能科学计算集群,能够有效提高计算速度并降低运算成本。本文探讨了基于Beowulf集群模型,利用普通PC机和以太网,通过在LINUX操作系统下搭建基于MPICH2的并行计算集群,实现低成本并行计算平台的技术,并介绍了利用Linpack测试对并行计算集群进行性能评测的具体方法。这一技术对于解决较大规模科学和工程计算问题具有重要的实用价值和经济意义。     

适用于Hadoop云平台的洪水淹没分析并行算法

数字高程模型(Digital Elevation Model, DEM)特殊的数据结构有利于数据在计算机中进行计算,但其数据量大,受计算机性能的限制,无法满足大规模洪水淹没分析的需要。针对单机计算能力有限以及有源淹没分析递归算法占用计算机资源较多的问题,提出了一种利用Hadoop云平台进行洪水淹没分析的并行算法。该算法对研究区域DEM按规则格网的思想进行划分,将大规模的研究区分割成多个规则的小区域。在指定水位下,对每个小区域进行数据压缩,计算每个栅格单元的淹没值,并将同一行中相连的淹没栅格序列记为淹没块,每个淹没块包含该栅格序列所属的区块号、行号、起始列号、终止列号以及淹没标记;当不同行或不同区域中的淹没块相互连通时,需对其淹没标记进行一致性设计。最终,根据淹没点所在淹没块的淹没标记提取出淹没点所在的淹没区,即为实际的淹没范围。实验结果表明,在指定淹没水位下,通过该算法可以快速提取淹没范围以及实现淹没水深的计算。     

Research and Application of Parallel Normal Cloud Mutation Shuffled Frog Leaping Algorithm in Cascade Reservoirs Optimal Operation

In order to improve the premature convergence problem of traditional shuffled frog leaping algorithm (SFLA), this paper proposed a normal cloud mutation shuffled frog leaping algorithm (NCM-SFLA) by mixing the cloud model algorithm (NCM) with SFLA algorithm, NCM is used to overcome the shortage of SFLA which is easy to fall into local optimal solution. The proposed NCM-SFLA has a good parallel characteristic, and the parallel computing can be implemented easily in multi core environment. In case study, this paper takes the Li Xianjiang cascade reservoirs in China as an instance to solve the cascade reservoirs operation optimization problem by the proposed NCM-SFLA. The results show that, compared with the Multi- dimensional Dynamic Programming (MDP), NCM-SFLA has the better global search ability and faster convergence speed, and the corresponding parallel computing can effectively shorten the run-time of NCM-SFLA. Therefore, the feasibility and rationality of the proposed NCM-SFLA and its parallel computing are effectively proved by the case study results.