大型水利水电工程全系统瞬变流并行计算
时间：2020-12-04 12:06:05 来源：达达文档网 本文已影响 人 
屠浩薇
摘要：为了有效的解决单处理器计算机对大型水利水电工程全系统瞬变流计算时速慢且储存量小的问题，我国在对水利水电系统瞬变流并行计算时，大多数都是采用并行进行分析，再根据系统中的瞬变流建立一个大体的模型，最后进行计算。本文主要阐述了大型水利水电工程全系统瞬变流的并行计算。
关键词：大型水利水电工程；
全系统；
瞬变流；
并行计算
中图分类号：TV文献标识码：
A
在我国社会经济的不断发展下，我国的水利水电工程建设规模也随之扩大。水利水工程中的一些专业化的机械设备的结构比较复杂，这也促使水利水电工程系统中的瞬变流计算加大了难度。我国传统的瞬变流计算上的方式非常落后，仅仅只是采用串行算法在单处理器上进行计算，这样的计算方法不仅速度较慢，且计算也不精准，无法满足大型水利水电系统中瞬变流计算的需求。在我国的水利水电工程中所涉及的仿真系统中，对于瞬变流的就算要求也很难实现预期的效果。
一、瞬变流并行计算
（一）瞬变流并行计算的分析
对于大型水利水电工程系统中的机械装置主要包含：水库、空气、闸门等基础的元件，这些元件主要具有对管道等区域进行连接的作用，这样才能实现流动的状态。对于水利水电工程中瞬变流并行计算主要是根据管道、隧洞等水电的流动状态以及过程计算。对于系统中的相连的各元来说，其相应的边界条件包括：管道与管道连接、明渠与明渠连接、管道与明渠连接等等。水利水电工程系统中的瞬变流并行计算，对于管道和明渠的流动可以采取特征线法计算，特征线法的就算主要包括两部分，第一种就是边界计算法，第二种就是中间节点计算法。对于在进行边界计算的过程中主要涉及的内容就是管道和明渠中的邻近的节点。对于计算中的边界点计算与中间节点计算之间都有用着一定的密切联系。对于名满交替流动其主要采用的方式是特征隐式格式，这种计算方式就是将边界点与节点归到同一个方程计算中去。
（二）瞬变流并行计算的评价
对并行算法的评价主要是通过对计算中的时间复杂与空间复杂两方面进行。并行处理的主要中心是通过增加对机器数量的处理来争取更多的时间。
（三）对瞬变流并行计算的实施
根据上述所表现的情况进行分析可以知道,对于水力机械装置系统来说瞬变流计算对其在运行过程中就有很好的可并行性,计算方式的各部分都可以进行独立计算。但是,由于瞬变流计算所呈现出的结果都是全系统动态过程的表现,所以每一时步的计算都要求结果的准确率达到百分之百。在每一时步,各部分在计算过程中都要有信息上的互通,这种互通也是为了保证下一步计算能够顺利的进行，也就是说各个环节在计算过程中要进行信息的交换与同步。如果想要将瞬变流并行计算运用到水力机械装置系统中，就要有很多的准备工作。首先就是要将并行进行划分。本文通过对计算对象的划分，从而完成对瞬变流并行计算的划分。对与水利工程设备中的各种管道来说，连接点在计算过程中也要对每一步进行瞬变流并行计算,并且在所划分的各部分要进行相对独立的计算,在这个过程中，不能忽略各部分的信息沟通。对水力机械装置系统瞬变流并行计算也可以按实际系统空间上的位置进行划分,例如在对多级泵站系统进行划分计算时，可以对泵站的各部分进行划分，然后针对划分后的各部分进行分开的计算,最后把计算结果分配到泵站的各个部件上。划分过程中，在不考虑划分方法的基础上，每一个部分的零件都要进行负载平衡处理。（1）在使用分布式并行计算时，要考虑到每一个单元所用的时间，从而保证单元时间的平衡，在此基础上，使每个单元运算时间没有浪费。（2)在计算过程中，每个单元的信息传递量逐渐减小从而使得通信量所占比例减小。（3）每单元在计算过程中所消耗的时间变长，为了是每个单元计算的时间有所提高应采取对水利水电工程中所用到的机械装置进行分类。
二、实例计算与分析
据目前统计来看，一些水利水电工程中的机械装置主要包括：泵站、管道、明渠、调压井、阀门、闸门等部分,
根据实验室的实际情况来说,大部分水利水电工程都采用分布式并行计算系统,将实验室的两台CPU频率为2.1 GHz,内存1.5GB的计算机用101MB的交换机进行连接并组成一个分布式并行计算系统,通过MPI库函数调用实现并行计算间的消息传递。由于采用两台计算机并行计算,所以将计算分为两部分。
对某大型引水工程的水力机械装置系统进行的瞬变流并行计算表明,并行技术可以加快计算速度,可用于将来大规模水力机械装置系统的瞬变流计算的研究工作。
结束语
与传统的计算方法相比，瞬变流并行计算方法可以使整个工程的效率有所提高。在水利机械运行的过程中，传统的计算方发对人员的利用量是非常大的，并且工作效率非常的低。当瞬变流并行计算方法运用到实际计算中时，就大大的改变了传统计算方式所造成的尴尬局面。所以使瞬变流并行计算方式取代传统的计算方式就成了现在的重要任务。
参考文献
[1] 樊红刚,陈乃祥,杨琳等.大型水利水电工程全系统瞬变流并行计算[J].清华大学学报（自然科学版）,2006,46(5).
[2] 樊红刚.复杂水力机械装置系统瞬变流计算研究[D].清华大学,2003.
[3] 邓命华,刘德有,周建旭等.水电站变顶高尾水洞瞬变流计算及体型设计[J].河海大学学报(自然科学版),2003,31(4).
[4] 梁元博.电站双孔进水口临界淹没水深及管网系统瞬变流的研究[D].清华大学,2000.
[5] 穆祥鹏.复杂输水系统的水力仿真与控制研究[D].天津大学,2008.
