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申请/专利权人：北京航空航天大学

摘要：本发明涉及一种基于三级并行计算的时变等离子体绕流场SFDTD方法，包括：在理想导体边界条件下，将六面体的等离子体作为计算域，通过三级并行计算方法计算等离子体电磁特性参数，将等离子体作为一种特定介质，修正SFDTD迭代公式实现SFDTD迭代运算；根据循环卷积技术，结合电磁特性参数和运算方法设置六面体等离子体中的CPML吸收边界；根据介质、导体共形技术，对CPML吸收边界条件下的非规则网格进行处理。本发明对于时变等离子体的各向异性相对介电常数，进行建模分析，推导出时变等离子体的SFDTD方法的数学迭代方程，实现对时变等离子体的有效建模仿真，提高计算精度。

主权项：1.一种基于三级并行计算的时变等离子体绕流场SFDTD方法，其特征在于：所述方法包括：步骤一、在理想导体边界条件下，将六面体的等离子体作为计算域，通过三级并行计算方法计算等离子体电磁特性参数，将等离子体作为一种特定介质，修正SFDTD迭代公式实现SFDTD迭代运算；步骤二、根据循环卷积技术，结合电磁特性参数和运算方法设置六面体等离子体中的CPML吸收边界；步骤三、根据介质、导体共形技术，对CPML吸收边界条件下的非规则网格进行处理；所述三级并行计算方法包括：MPI第一级并行计算、OpenMP第二级并行计算和AVX指令集对于代码进行矢量化并行计算；所述MPI第一级并行计算包括：计算区域划分：将子域交界面与SFDTD方法的空间网格进行重合进行并行划分；子域查找：将子域拓扑结构看作三维矩阵M，对于给定的子域编号N，确定其在三维矩阵M中的位置索引，找到该子域相邻的子域索引，将其转化为相应的进程号，并记录六个相邻界面相应的属性；数据交换：假设子域沿x方向设置，子域交界面上的切向电、磁场的交换在两个相邻子域间进行，在区域分割面处，每个子域向外拓展一个网格空间形成各自的子域，子域N+1的左边界上的节点Hx、Hz和Hy在子域N中求解，利用MPI函数将其传给相邻子域区域N+1，在子域N+1中将磁场分量Hx、Hz和Hy作为边界条件来求解子域内的电场值，同理在子域N右边界的节点Hx、Hz和Hy在子域N+1中能够直接计算得到，并使用MPI函数将其传递给N区域作为边界条件，完成N区域中电场节点的迭代；如果边界上的节点为电场节点，则可以使用相同的方法完成N区域中磁场节点的迭代；所述OpenMP第二级并行计算包括：根据每个CPU中可利用的核心数，在SFDTD的场迭代与CPML场迭代计算密集处利用OpenMP生成多个线程，由于OpenMP是共享存储编程，各线程之间不需要进行通信即可共享数据，在共享内存节点上实现高效的并行计算；所述AVX指令集对于代码进行矢量化并行计算包括：计算与空间位置有关的Hy系数C1，Hx系数C2，以浮点数形式寄存到AVX寄存器中，转换为AVX256位数据指针方便调用；分别计算电场节点两侧Hy的差值ΔHy和电场节点两侧Hx的差值ΔHx，分别乘上Hy系数C1，Hx系数C2，相减之后得到磁场对电场的贡献将前一时刻n的电场乘上相关系数CA，与电场的贡献相加便可得到电场，最后将其写入内存。

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