电磁粒子模拟软件并行算法的研究

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CHIPIC软件是由我国自主研制开发,拥有自主知识产权的全电磁粒子模拟软件,采用时域有限差分结合PIC方法实现。论文主要研究了CHIPIC软件2.5维版本泊松模块求解和三维版本粒子模拟的并行算法。 泊松模块是CHIPIC软件2.5维版本的一个子模块,主要采用超松弛迭代算法来求解泊松方程。论文根据超松弛迭代自身的特点,采用“分而治之”的并行算法设计思想,设计出超松弛迭代并行算法,并分析了算法的时间复杂度、加速比和空间复杂度。 为了研究的简单,论文首先对CHIPIC软件三维冷腔模拟进行了并行算法的研究。由于时域有限差分算法每个网格点电场值或磁场值的计算都只需要附近网格点的磁场值或电场值,所以同样采用“分而治之”的并行算法设计思想,完成了冷腔模拟并行算法的设计和实现,并对结果进行了正确性验证和效率测试。 然后在冷腔模拟并行算法的基础之上设计了全电磁粒子模拟的并行算法,由于时域有限差分计算稳定性条件的限定,粒子在单个时间步长内不可能超过一个网格长度,因此只会对附近网格点的电荷密度和电流密度产生影响,所以同样可以采用“分而治之”的并行设计思想,最后对并行算法进行了测试。
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