大规模科学数据体绘制技术综述

体绘制是刻画大规模科学数据中复杂物理特征的有效途径,然而,数据量极大、特征难以捕捉等问题依然是目前体绘制研究的主要挑战。为此,研究者们从三个方面对体绘制算法进行了深入研究,以提高大规模数据体绘制的效率和效果。一方面,依托硬件通过多处理器核来分担计算,降低单处理器核所要完成的计算量,是提高体绘制效率的一个有效途径。另一方面,充分发掘数据场内在特性对三维数据场进行约简,大幅减少绘制处理数据量从而降低算法开销,也是提高体绘制效率的一个有效途径。同时,在体绘制算法中融入特征分析和特征增强方法,让复杂物理特征从数据场中突显出来,以实现对科学数据的高质量绘制。本文对国内外体绘制技术相关研究进展进行了调研、综述,并分析了不同的研究方法,最后展望了未来体绘制技术研究的可能发展方向,包括应用驱动的特征体绘制、基于特征的约简体绘制、适应硬件的体绘制多级加速以及原位智能化体绘制等。     

应用多GPU的可压缩湍流并行计算

利用CUDA Fortran语言发展了基于图形处理器(GPU)的计算流体力学可压缩湍流求解器。该求解器基于结构网格有限体积法,空间离散采用AUSMPW+格式,湍流模型为k-ωSST两方程模型,采用MPI实现并行计算。针对最新的GPU架构,讨论了通量计算的优化方法及GPU计算与PCIe数据传输、MPI通信重叠的多GPU并行算法。进行了超声速进气道及空天飞机等算例的数值模拟以验证GPU在大网格量情况下的加速性能。计算结果表明:相对于Intel Xeon E5-2670 CPU单一核心的计算时间,单块NVIDIA GTX Titan Black GPU可获得107~125倍的加速比。利用四块GPU实现了复杂外形1.34亿网格的快速计算,并行效率为91.6%。     

星间激光通信系统粗精复合扫瞄技术

星间激光通信系统主要分为捕获、瞄准、跟踪技术,其中捕获技术是星间激光通信系统实现通信的前提和保障。通过对星间通信捕获阶段信标光的粗瞄捕获原理、关键技术和工程应用等内容进行详细的研究,提出一种粗瞄与精瞄相互结合的螺旋-正弦复合扫瞄的方法。对该方法扫瞄过程中的数值分析表明,相比单一粗瞄扫瞄方式,粗精复合扫瞄方法的扫瞄漏扫区域比单一粗扫瞄漏扫区域小、捕获概率更高、捕获时间短。该方法为星间激光通信扫瞄捕获过程提供了一种新的扫瞄方式,具有重要的意义。     

爆磁压缩发生器延时控制系统的分析与改进

延时控制系统是保证爆磁压缩发生器运行的关键部件,介绍了传统平板型开关延时控制系统的工作机制,分析了其优缺点。在此基础上,通过理论和实验研究,对平板型开关延时控制系统进行了改进,采用固化的同轴式导爆索接通开关,提出了一种符合爆磁压缩发生器工作要求的同轴型开关延时控制系统,测量了导爆索的爆速和固化开关的导通时间,并在爆磁压缩实验中对该延时控制系统的性能进行了验证。     

三维石英纤维增强氮化物基复合材料的烧蚀性能及显微结构

采用先驱体转化法制备了三维石英纤维增强氮化物基复合材料(3D SiO2f/Si3N4-BN),用等离子射流烧蚀方法研究了复合材料的烧蚀性能,运用扫描电镜及能谱仪对烧蚀表面微观形貌进行了观察和分析。结果表明氮化物基复合材料在高压高热流等离子体烧蚀下线烧蚀率为0.91mm/s,石英纤维熔融并被吹除带走了大量的热量,熔融层抑制了基体的机械剥蚀。基体由于强度高、升华温度高,延缓了熔融层的吹除,表明氮化物基复合材料是一种良好的耐高温烧蚀透波材料。