（计算机应用技术专业论文）介观耗散粒子动力学模拟程序并行化与性能优化.pdf

学位论文数据集 中图分类号 t p 3 9 1 学科分类号 5 2 0 2 0 论文编号 1 0 0 1 0 2 0 1 1 0 7 5 8密级公开 学位授予单位代学位授予单位名 码 1 0 0 1 0北京化工大学 称 作者姓名张猛学号 2 0 0 8 0 0 0 7 5 8 获学位专业代 获学位专业名称计算机应用技术 0 8 1 2 0 3 码 课题来源自选项目 研究方向并行模拟 论文题目介观耗散粒子动力学模拟程序并行化与性能优化 关键词耗散粒子动力学，d p d ，空间域分解，m p i ，s g e ，m d p d 论文答辩日期 2 0 1 1 5 2 6掌论文类型应用研究 学位论文评阅及答辩委员会情况 姓名职称工作单位学科专长 指导教师赵英 教授北京化工大学计算机网络 软件测试与软件可 评阅人1赵瑞莲教授北京化工大学 靠性 评阅人2 王雪晶 副教授北京化工大学并行计算，图像处理 评阅人3 评阅人4 评阅人5 软件测试与软件可 答辩委员会主席赵瑞莲教授北京化工大学 靠性 答辩委员l许南山副教授北京化工大学数据库 答辩委员2李辉副教授北京化工大学信息安全技术 答辩委员3 王雪晶 副教授北京化工大学并行计算，图像处理 答辩委员4肖亮副教授北京化工大学核磁共振医学成像 答辩委员5 注：一论文类型：1 基础研究2 应用研究3 开发研究4 其它 二中图分类号在中国图书资料分类法查询。 三学科分类号在中华人民共和国国家标准( g b t1 3 7 4 5 9 ) 学科分类与 代码中查询。 四论文编号由单位代码和年份及学号的后四位组成。 摘要 介观耗散粒子动力学模拟程序并行化与性能优化 摘要 耗散粒子动力学计算( d i s s i p a t i v ep a r t i c l ed y n a m i c s ，d p d ) 是一种介 于原子尺度与介观范围内的模拟方法。该模拟方法应用范围广泛，能够有 效探讨分子的堆积与分散问题，不但可以涵盖更多的粒子体系，而且可以 研究较长时间内系统粒子的运动行为。但是串行方式的计算机模拟无法有 效应对模拟体系不断增大、体系复杂度不断增加的状况。 本文简明扼要地介绍了分子模拟与并行计算的研究背景，较为全面地 介绍了耗散粒子动力学模拟的基本理论和计算方法，重点阐述了基于空间 域分解的串行模拟程序的并行化算法，并引入了相邻单元格列表构建和重 叠划分等方法，有效解决了模拟体系中的周期性边界和作用力截断距离等 问题。最后，借助于m p i 对并行算法加以实现，并在搭载有s g e ( s u ng r i d e n 西n e ) 的高性能集群平台上完成多种条件下的模拟测试，结果表明并行 算法不仅能够大幅缩短计算时间，而且适用于更大的模拟体系。 同时，本文介绍了润湿现象的背景知识和相关的基本理论，并引入了 传统耗散粒子动力学模拟方法的改进方法多体耗散粒子动力学模拟 方法( m a n y _ b o d yd i s s i p a t i v ep a n i c l ed y l l a m i c s ，m d p d ) ，并以毛细管润湿 现象作为模拟实例，进一步说明了多体d p d 模拟方法能够很好地模拟毛细 管润湿现象，并且得出空间域分解算法能够很好地应用于多体耗散粒子动 力学模拟程序，使用该方法能够获取很高的模拟效率。 关键词：耗散粒子动力学，d p d ，空间域分解，m p i ，s g e ，m d p d 北京化工人学硕一j ：学位论文 一 i i a b s t r a c t p a r a l l e l i z a t i o na n dp e r f o r m a n c e o p t i m i z a t i o no fm e s o s c a l ed i s s i p 七= 1 时，具有缈r = 0 。同样，式中奄可以看作是粒子对间相互作用力 的截断距离，此处同样取为单位长度。需要注意的是，在公式( 2 6 ) 中，9 ，( f ) 为具 有高斯分布特征的随机函数。 在满足约束条件的前提下，为简单、方便起见，e s p a 矗o l 和w a 玎e n 提出上述公式 中的权重因子可以描述为公式( 2 7 ) 的形式： 国。( 乃) = w r ( 勺) 2 仃2 = 2 心n ( 2 7 ) 在公式( 2 7 ) 中，k 丁可以看作是模拟系统所具有的b o l t 珊a n n 温度。根据上述 关系，权重因子可以采用如下简单的形式来描述： 彩。( 芬) = 缈r ( 吩) 2 = 0 1 芝薹，) ：( 勺 1 l c 2 8 ， 在d p d 模拟计算方法中，一个十分重要的问题是如何选取粒子与粒子间的合适 的相互作用参数。从理论上来讲，该作用参数能够根据f 1 0 r y h u g 酉n s ( f h ) 相混 理论来计算得出，该相混理论经常应用在高分子系统中【l 】。对于由液态与液态或者液 态与固态混合而构成的高分子体系问题，f h