大型水利水電工程全系統(tǒng)瞬變流并行計(jì)算

1、 大型水利水電工程全系統(tǒng)瞬變流并行計(jì)算 在我國社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展下， 我國的水利水電工程建設(shè)規(guī) 模也隨之?dāng)U大。水利水工程中的一些專業(yè)化的機(jī)械設(shè)備的結(jié)構(gòu)比 較復(fù)雜，這也促使水利水電工程系統(tǒng)中的瞬變流計(jì)算加大了難 度。我國傳統(tǒng)的瞬變流計(jì)算上的方式非常落后，僅僅只是采用串 行算法在單處理器上進(jìn)行計(jì)算，這樣的計(jì)算方法不僅速度較慢， 且計(jì)算也不精準(zhǔn)，無法滿足大型水利水電系統(tǒng)中瞬變流計(jì)算的需 求。在我國的水利水電工程中所涉及的仿真系統(tǒng)中，對于瞬變流 的就算要求也很難實(shí)現(xiàn)預(yù)期的效果。 一、瞬變流并行計(jì)算 （一）瞬變流并行計(jì)算的分析 對于大型水利水電工程系統(tǒng)中的機(jī)械裝置主要包含：水庫、 空氣、閘門等基礎(chǔ)的元件

2、，這些元件主要具有對管道等區(qū)域進(jìn)行 連接的作用，這樣才能實(shí)現(xiàn)流動的狀態(tài)。 對于水利水電工程中瞬 變流并行計(jì)算主要是根據(jù)管道、 隧洞等水電的流動狀態(tài)以及過程 計(jì)算。對于系統(tǒng)中的相連的各元來說，其相應(yīng)的邊界條件包括： 管道與管道連接、明渠與明渠連接、管道與明渠連接等等。水利 水電工程系統(tǒng)中的瞬變流并行計(jì)算， 對于管道和明渠的流動可以 采取特征線法計(jì)算，特征線法的就算主要包括兩部分，第一種就 是邊界計(jì)算法，第二種就是中間節(jié)點(diǎn)計(jì)算法。 對于在進(jìn)行邊界計(jì) 算的過程中主要涉及的內(nèi)容就是管道和明渠中的鄰近的節(jié)點(diǎn)。對 于計(jì)算中的邊界點(diǎn)計(jì)算與中間節(jié)點(diǎn)計(jì)算之間都有用著一定的密 切聯(lián)系。對于名滿交替流動其主要采用的

3、方式是特征隱式格式， 這種計(jì)算方式就是將邊界點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)歸到同一個(gè)方程計(jì)算中去。 （二）瞬變流并行計(jì)算的評價(jià) 對并行算法的評價(jià)主要是通過對計(jì)算中的時(shí)間復(fù)雜與空間 復(fù)雜兩方面進(jìn)行。 并行處理的主要中心是通過增加對機(jī)器數(shù)量的 處理來爭取更多的時(shí)間。 （三）對瞬變流并行計(jì)算的實(shí)施 根據(jù)上述所表現(xiàn)的情況進(jìn)行分析可以知道 , 對于水力機(jī)械裝 置系統(tǒng)來說瞬變流計(jì)算對其在運(yùn)行過程中就有很好的可并行性 計(jì)算方式的各部分都可以進(jìn)行獨(dú)立計(jì)算。但是 , 由于瞬變流計(jì)算 所呈現(xiàn)出的結(jié)果都是全系統(tǒng)動態(tài)過程的表現(xiàn) , 所以每一時(shí)步的計(jì) 算都要求結(jié)果的準(zhǔn)確率達(dá)到百分之百。在每一時(shí)步 , 各部分在計(jì) 算過程中都要有信息上的互通

4、, 這種互通也是為了保證下一步計(jì) 算能夠順利的進(jìn)行， 也就是說各個(gè)環(huán)節(jié)在計(jì)算過程中要進(jìn)行信息 的交換與同步。 如果想要將瞬變流并行計(jì)算運(yùn)用到水力機(jī)械裝置 系統(tǒng)中，就要有很多的準(zhǔn)備工作。首先就是要將并行進(jìn)行劃分。 本文通過對計(jì)算對象的劃分，從而完成對瞬變流并行計(jì)算的劃 分。對與水利工程設(shè)備中的各種管道來說， 連接點(diǎn)在計(jì)算過程中 也要對每一步進(jìn)行瞬變流并行計(jì)算 , 并且在所劃分的各部分要進(jìn) 行相對獨(dú)立的計(jì)算 ,在這個(gè)過程中， 不能忽略各部分的信息溝通。 對水力機(jī)械裝置系統(tǒng)瞬變流并行計(jì)算也可以按實(shí)際系統(tǒng)空間上 的位置進(jìn)行劃分 , 例如在對多級泵站系統(tǒng)進(jìn)行劃分計(jì)算時(shí)，可以 對泵站的各部分進(jìn)行劃分， 然

5、后針對劃分后的各部分進(jìn)行分開的 計(jì)算 ,最后把計(jì)算結(jié)果分配到泵站的各個(gè)部件上。劃分過程中， 在不考慮劃分方法的基礎(chǔ)上， 每一個(gè)部分的零件都要進(jìn)行負(fù)載平 衡處理。（ 1）在使用分布式并行計(jì)算時(shí)，要考慮到每一個(gè)單元 所用的時(shí)間，從而保證單元時(shí)間的平衡，在此基礎(chǔ)上，使每個(gè)單 元運(yùn)算時(shí)間沒有浪費(fèi)。 （2） 在計(jì)算過程中，每個(gè)單元的信息傳遞 量逐漸減小從而使得通信量所占比例減小。（3）每單元在計(jì)算 過程中所消耗的時(shí)間變長， 為了是每個(gè)單元計(jì)算的時(shí)間有所提高 應(yīng)采取對水利水電工程中所用到的機(jī)械裝置進(jìn)行分類。 二、實(shí)例計(jì)算與分析 據(jù)目前統(tǒng)計(jì)來看，一些水利水電工程中的機(jī)械裝置主要包 括：泵站、管道、明渠、調(diào)壓

6、井、閥門、閘門等部分 , 根據(jù)實(shí)驗(yàn)室的實(shí)際情況來說 , 大部分水利水電工程都采用分 布式并行計(jì)算系統(tǒng)，將實(shí)驗(yàn)室的兩臺CPU頻率為2.1 GHz,內(nèi)存 1.5GB的計(jì)算機(jī)用101MB的交換機(jī)進(jìn)行連接并組成一個(gè)分布式并 行計(jì)算系統(tǒng)，通過MPI庫函數(shù)調(diào)用實(shí)現(xiàn)并行計(jì)算間的消息傳遞。 由于采用兩臺計(jì)算機(jī)并行計(jì)算 , 所以將計(jì)算分為兩部分。 對某大型引水工程的水力機(jī)械裝置系統(tǒng)進(jìn)行的瞬變流并行 計(jì)算表明 , 并行技術(shù)可以加快計(jì)算速度 , 可用于將來大規(guī)模水力 機(jī)械裝置系統(tǒng)的瞬變流計(jì)算的研究工作。 結(jié)束語 與傳統(tǒng)的計(jì)算方法相比，瞬變流并行計(jì)算方法可以使整個(gè)工 程的效率有所提高。在水利機(jī)械運(yùn)行的過程中， 傳統(tǒng)的計(jì)算方發(fā) 對人員的利用量是