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高功率微波NEPTUNE程序中的并行计算及几何建模


■ 8. 研2l c4  0a. 陈iq hp 13  c e  0m 究5 n. —a jc 员C 军 5 L I 9 D   @ 7 高功 率微 波NE T NE P U   程 序 中的并 行计 算 及 几何 建模  在 高功率微波 源器 件研 究 中,利 用数值 模拟 方法对 微波 源器件 进行 定量 设计 ,可 以有 效地节 省开发成  本 。由于源 器件具 有 复杂

的三 维几 何结构 ,同时可能 存在一 些细 小结 构 ,因此 需要 高精度 计算 。本 文采用  并 行计 算,模 拟三 维复杂器 件 ,并进行 了初 步 的几 何建 模研究 。   l “ 一 块 网格 片 ”并 行 分 解 策 略  研 制 了一 个三 维全 电磁粒 子模拟 并行程 序 ,可 以用 来模拟 具有 复杂 几何结 构 的高功 率微波源 器件 中 的  电磁场 和 电子束 随时 间非线性演 化过 程 。在 自适 应结构 网格 支撑框 架 J MI 上 ,采 用 了 “ 网格 片 ” AS N 块一   的并行 区域 分解策 略…,见图 1 ,假 设 P个 进程( P块) 即 ,整个 区域将 被 分成 Ⅳ个 网格 片( 通常 Ⅳ P ,并行  >) 计算 以网格 片为基 本单位 ,多个 网格 片组 成一块 。 目前在 1 2   4个处 理机核 上模 拟 2千 万 网格 、 百万 个粒  0 子 ,并行效 率可达 5 %。 0   () 分 布  a块 () bN格 片 分 布  图 1 “ 一   块 网格 片 ”并 行 区域 分 解 策 略 ( 8个 处 理 机 核 为示 例 ) 以   2 网格重 构  模 拟初始 ,生成 网格 为覆盖整 个计 算区域 的三 维长 方体 网格 。由于器件 具有 复杂几 何 结构 ,实 际计算  区域 是与几 何密切 相关 的非规 则 区域 。因此 ,在初 始生成 网格 后 ,利 用几何 信息 ,采用 自适应 技术 ,生成  贴合 几何 的新 的网格( 图 2 ,从而 极大地 减 少 了计算 量 。 见 )   1  0 暑   6   2   l  0 20   30   zc / m  40   图 2 网格 重构  图 3 带 支撑 杆 的 MI O器 件  L 3 前后处理 策略  由于 高功率微 波源 器件 模拟涉 及 到多个介 质 区 、多种 复杂 边界条 件 的计算 ,并且需 要作进 一步 的功能  扩展 。因此 ,我们 在经 典 的 F D 计算 流程 上 ,加入前 后处 理 ,支持对 细微 物理特 性 的描述 。 目前 己支  DT 持 了对 多种 高功率 微波源 器件 的模拟 ,包括 MI O、R WO等 器件 。图 3为 带支撑 杆 的 MI O器 件 的几 何  L B L 结构( 剥去外 壳) 和某 一 时刻 的粒 子 。   4 几 何 建 模  采用 U   X 作为 C GN AD 支 撑平 台,针 对几 种典 型 高功率 微波源 器件 ,进行 了初 步 的几何建 模 。图 4   给 出 了对 MI O器 件 的几 何建 模 。 L   图 4 对 MIO 器 件 的几 何 建 模  L 科 学 意 义  并行模 拟具有 许 多精细 结构 的复杂 器件 是并行 计算 领域 的难 点之 一 ,同时复杂 器件 的几何 建模 目前仍  一 是公认 的难题 。这 里介 绍 了 目前 N P U E程序 中并行计算 和 几何建 模方 面 的成果 ,其 中所使 用 的方

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