Алгоритмический и программный инструментарий для численного решения прямых задач химической кинетики с использованием супер-ЭВМ

• Автор: Черных, Игорь Геннадьевич
• Шифр специальности: 05.13.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 101 с. : ил.

Оглавление
ВВЕДЕНИЕ.
1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И АЛГОРИТМЫ ЧИСЛЕННОГО РЕШЕНИЯ ПРЯМЫХ ЗАДАЧ ХИМИЧЕСКОЙ КИНЕТИКИ

1.1. Постановка прямой задачи химической кинетики.

1.2. Методы численного решения прямых задач химической кинетики.

1.3. Алгоритм трансляции системы химических реакций в систему ОДУ.

2. ПРОГРАММНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ БАЗЫ ДАННЫХ СИСТЕМ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ

2.1. Программная реализация базы данных сис тем химических

реакций.

2.2. База данных систем химических реакций с возможностью сетевого доступа к данным

3. ПРОГРАММНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ ТРАНСЛЯТОРА СИСТЕМЫ

ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ В СИСТЕМУ ОДУ
3.1. Выбор программных средств реализации транслятора химических реакций
3.2. Транслятор системы химических реакций в систему ОДУ
3.2.1. Лексический и синтаксический анализаторы.
3.2.2. Кодогеиерация
3.3. Генератор матрицы Якоби
3.4. Работа с транслятором химических реакций.
3.5. Алгоритм и программная реализация взаимодействия с базами химических данных других производителей
3.6. Тестирование транслятора химических реакций
4. ПРОГРАММНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ ВЬЧИСЛИТЕЛЬНЬХ МОДУЛЕЙ
4.1. Последовательные вычислительные модули.
4.2. Генератор параллельного кода для суперЭВМ.
5. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРОГРАММНОГО ПАКЕТА ДЛЯ ЧИСЛЕННОГО РЕШЕНИЯ ПРЯМЫХ ЗАДАЧ ХИМИЧЕСКОЙ КИНЕТИКИ
5.1. Пиролиз легких углеводородов.
5.2. Разложение метана по схеме Касселя.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА


Чрезвычайно важен факт налитая возможности работы с различными химическими базами данных. Ниже в таблице приведена классификация наиболее используемых программных продуктов для численного решения прямых задач химической кинетики по различным характеристикам. Таблица 1. Таким образом, проведенный анализ имеющихся программных пакетов и библиотек программ показывает необходимость разработки нового программного пакета, ориентированного на сетевую среду с параллельными супер-ЭВМ. Цель работы состоит в разработке нового программного пакета, ориентированного на сетевую среду с параллельными супер-ЭВМ. ОДУ для химических реакций в виде программного модуля, встраиваемого в программы решения систем уравнений математической физики, моделирующих на одно- и многопроцессорных ЭВМ изучаемые процессы. Построен алгоритм трансляции системы химических реакций в систему обыкновенных дифференциальных уравнений с использованием лексического анализатора и кодогенератора матрицы Якоби. Разработан метод генерации параллельного кода решателя систем обыкновенных дифференциальных уравнений из набора входных данных и последовательного решателя. Разработан программный пакет, предназначенный для решения прямых задач химической кинетики с использованием параллельных супер-ЭВМ, обладающий свойством кросплагформенности, и предоставляющий пользователю возможность решения широкого класса задач химической кинетики в итеративном режиме непосредственно в процессе проведения экспериментов. Научная и практическая ценность работы заключается в возможности решения с помощью разработанного пакета прямых задач химической кинетики с большим (свыше ) количеством химических реакций. Программный пакет эксплуатируется сотрудниками Института Катализа СО РАН. Созданный программный пакет позволил итеративно в сетевой среде из последовательных и параллельных компьютеров решить прямые задачи химической кинетики (пиролиз легких углеводородов, конверсия метана и др. Разработанный генератор параллельного кода автоматически распараллеливает последовательный решатель систем обыкновенных дифференциальных уравнений по данным. Благодаря открытой структуре пакета решена проблема исследования целого класса задач, где необходимо решать прямые задачи химической кинетики как одну из подзадач. Достоверность результатов. Разработанный программный пакет прошел детальное тестирование на модельных задачах, близких по физической постановке к изучаемым явлениям и допускающим аналитическое решение, а также на реальных задачах пиролиза легких углеводородов с сопоставлением результатов расчетов с экспериментальными данными. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в ряде рецензируемых журналов [2-4]. Представленные в диссертации исследования проводились в рамках программы Президиума РАН «Происхождение и эволюция биосферы», Интеграционного проекта СО РАН №8, гранта РФФИ № 5. Апробация работы. Основные научные результаты диссертации докладывались и обсуждались на семинаре ’’Математическое и архитектурное обеспечение параллельных вычислений" под руководством д. В.Э. Малышкина (ИВМиМГ СО РАН); на семинаре "Математическое моделирование больших задач" под руководством д. В.А. Вшивкова; на семинаре под руководством академика РАН В. Н. Пармона (Ж СО РАН) по интеграционному проекту СО РАН, семинаре ИСИ СО РАН под руководством профессора д. А.Г. Марчука, на международном рабочем совещании «Происхождение и эволюция биосферы» (Новосибирск, - июня г), на второй международной школе-конференции молодых ученых «Каталитический дизайн - от исследований на молекулярном уровне к практической реализации» (Новосибирск - Алтай, - июля г), на конференции молодых ученых ИВМиМГ СО РАН (Новосибирск, , ), ХЫИ Международной Научной Студенческой Конференции (Новосибирск, ). Основные результаты диссертации опубликованы в 9 работах [2-0], список которых приведен в конце диссертации. Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы. Диссертация изложена на 1 странице, включает библио1рафический список из 0 наименований работ.