Параллельные вычислительные алгоритмы в тепловых процессах металлургии и горного дела

Рейтинг:   / 0
ПлохоОтлично 

Authors:

Г. Г. Швачич, доктор технич. наук, профессор, orcid.org/0000-0002-9439-5511, Национальная металлургическая академия Украины, г. Днепр, Украина, e–mail: Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Е. В. Иващенко, orcid.org/0000-0003-4394-6907, Национальная металлургическая академия Украины, г. Днепр, Украина, e–mail: Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

В. В. Бусыгин, orcid.org/0000-0003-1130-3616, Национальная металлургическая академия Украины, г. Днепр, Украина, e–mail: Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Е. Е. Федоров, доктор технич. наук, доцент, orcid.org/0000-0003-3841-7373, Донецкий национальный технический университет, г. Покровск, Донецкая обл., Украина

Abstract:

Цель. Формирование параллельных алгоритмов при моделировании тепловых процессов металлургии и горного дела. Построенная параллельная форма алгоритмов должна быть максимальной, и, следовательно, иметь минимально возможное время реализации на параллельных вычислительных системах. Исключить рекуррентную структуру вычисления искомых векторов решений, которая, как правило, приводит к накапливанию ошибок округления. Проблемы моделирования подобного класса задач реализовать при помощи многопроцессорных вычислительных систем.

Методика. Для реализации процесса распараллеливания математической постановки задачи реализован подход на основе алгоритма „нечетно-четной“ редукции. Суть такого подхода состоит в исключении коэффициентов модели изучаемого процесса с реализацией элементарных преобразований строк составленной системы уравнений. Непосредственно параллельная форма алгоритма решения задач реализована при помощи численно-аналитического подхода. Показано, что составленная параллельная форма является максимальной, что, в свою очередь, обеспечивает минимальное время решения поставленных задач на основе использования многопроцессорных вычислительных систем.

Результаты. Исследования, приведенные в данной работе, показали высокую эффективность распараллеливания систем линейных алгебраических уравнений трехдиагональной структуры на примере решения тепловых задач. Предложенный численно-аналитический метод распараллеливания трехдиагональных систем не накладывает каких-либо ограничений на топологию сеточных узлов расчетной области. Применительно к параллельным вычислениям арифметических выражений, в предложенной методике отделена погрешность исходных данных от операций округления. При таком подходе исключена рекуррентная структура вычисления искомых векторов решений, которая, как правило, и приводит к накапливанию ошибок округления. Построенная параллельная форма предложенных алгоритмов является максимальной, и, следовательно, имеет минимально возможное время реализации алгоритма на параллельных вычислительных системах. Вычислительные эксперименты, проведенные при помощи многопроцессорной вычислительной системы, показали высокую эффективность разработанных параллельных алгоритмов.

Научная новизна. В рамках декомпозиционных алгоритмов на основании метода „нечетно-четной“ редукции впервые предложен новый подход к распределенному решению систем линейных алгебраических уравнений, который по сравнению с известными методами отличается замкнутой параллельной формой относительно центрального узла сетки и высокой степенью векторизации. Предложен, проанализирован и реализован новый подход к решению задач металлургического производства, который позволяет повысить экономичность, производительность и быстродействие вычислений. Доказано, что такой подход предусматривает наиболее высокую степень векторизирования вычислений, предопределяет максимально параллельную их алгоритмическую форму и, как следствие, минимально возможное время реализации алгоритмов на параллельных вычислительных системах.

Практическая значимость. Путем применения высокопроизводительной многопроцессорной системы разработанный подход позволяет обрабатывать и интерпретировать результаты тепловых экспериментов, добиваясь высокой степени точности, существенного сокращения времени обработки экспериментальных данных.

References.

1. Sotnikov, A.G., 2013. Design and computation of ventilation and air conditioning systems. SPb.: Beresta. Vol. 2.

2. Semenov, Yu. V.,2014. Air conditioning systems with surface air coolers. Moscow: Technosphere.

3. Mnykh, A. S., Eremin, A. O. and Mnykh, I. N., 2015. Determination of segregation of agglomerate fractions required for stabilization of the thermal regime of sintering. Eastern European Journal of Advanced Technologies, 1/8(73), pp. 68‒73. DOI: 10.15587/1729-4061.2015.37829.

4. Mnykh, A. S.,Yakovleva, I. G. and Pazyuk, M. Yu., 2016. Influence of conditions for the formation of a loose layer of iron ore and bauxite materials on the coefficient of heat transfer. Refrigeration technology and technology, 52(4), pp. 16‒20.

5. Shvachych, G. G. and Shmukin, A. A., 2014. Features of the design of parallel computing algorithms for a computer in the problems of heat and mass transfer. East-European magazine of advanced technologies, 3, pp. 42‒47.

6. Shvachych, G. G. and Shmukin, A. A., 2014. On the concept of unbounded parallelism in the problems of thermal conductivity. East-European Journal of Advanced Technologies, 3(9), pp. 81‒84.

7. Tretyakov, F. I.and Silver, L. V., 2013. Parallelization of data classification and clustering algorithms. Bulletin of the BSU. Series: Physics. Math. Informatics, 2, pp. 105‒109.

8. Veliev, E. I., 2017. Numerical-analytic methods for solving integral equations in two-dimensional problems of diffraction theory. Bulletin of the National Technical University “KhPI”: coll. works Ser: Mathematical modeling in engineering and technologies, 6(1228), pp. 21‒28.

9. Gergel, V. P.,2014. Technologies of the construction and use of cluster systems. Moscow: Internet-University of Information Technologies.

10. Zhumaty, S. А. and Voevodin, V. V., 2013. Computational business and cluster systems. Moscow: Internet University of Information Technologies.

11. Bashkov, E. O.,Ivaschenko, V. P. and Shva­chych, G. G., 2011. High-performance multiprocessor system based on personal computing cluster. Scientific papers of Donetsk National Technical University. Series “Problems of simulation and automation of designing” [online], 9(179), pp. 312‒324. Available at: <http://ea.donntu.edu.ua/handle/123456789/1286> [Accessed 21 July 2017].

 повний текст / full article



Посетители

2126464
Сегодня
За месяц
Всего
381
10691
2126464

Гостевая книга

Если у вас есть вопросы, пожелания или предложения, вы можете написать их в нашей «Гостевой книге»

Регистрационные данные

ISSN (print) 2071-2227,
ISSN (online) 2223-2362.
Журнал зарегистрирован в Министерстве юстиции Украины.
 Регистрационный номер КВ № 17742-6592ПР от 27.04.2011.

Контакты

49000, г. Днепропетровск,
пр. К. Маркса 19, корп. 3, к. 24а
Тел.: 47-45-24
e-mail: Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Вы здесь: Главная Главная RusCat Архив журнала 2018 Содержание №4 2018 Информационные технологии, системный анализ и управление Параллельные вычислительные алгоритмы в тепловых процессах металлургии и горного дела