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现今,用计算机模拟物理系统热扩散的数值方法在传热学领域的研究中越来越受到重视。许多大型系统的传热过程分析与换热器的热计算都通过并行计算机的数值模拟实现。但传统上进行科学计算的计算机系统都很庞大并且十分昂贵。一般的小型机构或个人很难有足够的资金去购买这样的设备。研究组建一个适用于小型机构和个人,低成本但又可以实现热传导并行计算的应用平台,将具有重要的意义。
本文通过查阅相关的文献对国内外小规模HPC计算机系统的现状和发展趋势进行了研究,提出了利用当前常用的PC机硬件组建并行计算机集群的方案,并利用此集群实现热传导方程的并行计算。本方案根据PC硬件的特点以Beowulf为组织模式组建并行计算机系统。以LINUX作为集群的操作系统,利用LINUX先进的通讯管理和作业调度管理的优势,构建一个既充份发挥计算硬件的潜力又稳定壮健的系统。用OSCAR软件管理集群,实现灵活的并行环境监控和集群节点管理。在此基础上,通过MPI和PETSc等实用成熟的并行计算软件构建并行计算机程序的编译和运行的环境。本文根据理想化的一维热传导方程初始条件,用三点中心差分法把方程离散化,把它变成含时线性方程组的形式,用并行求解稀疏矩阵乘法的原理编写计算机程序去模拟求解过程。编程技术上主要采用时间步进求解器、分布式存储向量、并行矩阵等方法。在此基础上,实现含时一维热传导方程的并行化求解,并且完成了并行计算数值实验。