三维电磁粒子模拟并行计算研究！.PDFVIP

第 卷 第 期 年 月 物 理 学 报 %N #$ ’$$( #$ ， ， ， S@6 :%N R@ : #$ K53@T72 ’$$( （ ） #$$$8)’($P’$$(P%N #$ P$(8#$ H/,H -;OQ./H Q.R./H !’$$( /A49 : -AUD : Q@5 : 三维电磁粒子模拟并行计算的研究! ! 廖 臣 刘大刚 刘盛纲 （电子科技大学物理电子学院，成都 #$$% ） （ 年 月 日收到； 年 月 日收到修改稿） ’$$( ’ ’) ’$$( ’ 三维电磁粒子模拟基于时域有限差分算法（ ）和 （ ）方法 根据 和 方法的特点，可 *+,+ -./ 0123456784985766 : *+,+ -./ 以将整个模拟区域分割为多个子区域，每个计算进程模拟计算一个子区域，通过消息传递交换子区域的边界数据 从而实现并行计算这一基本思路，完成了并行算法的设计，并分析了并行加速比的影响因素: 在三维电磁粒子模拟 软件/;.-./)+ 上实现了该并行算法并验证了算法的正确性，最后应用/;.-./)+ 并行版本对磁绝缘线振荡器和相 对论速调管两种典型的高功率微波源器件进行了模拟，证明了该并行算法能取得较好的加速比和效率: 关键词：电磁粒子模拟，时域有限差分，并行计算，高功率微波源 ： ， ， !## $’$ #$ %’% ［］ 格( 划分模拟区域，粒子模型为宏粒子，时间步进采 #F 引 言 用“蛙跳”格式，即先由麦克斯韦方程组求出各网格 的电场和磁场，然后根据洛伦兹力方程和粒子运动 伴随着计算机技术的发展，基于时域有限差分 方程求出下一时刻每个粒子的位置和速度，进而求 ［］ ［］ # ’ 算法（ ） 和 （ ）方法 的电磁 *+,+ -./ 0123456784985766 得每个网格的电流密度和电荷密度，如此循环进行: ［］ 粒子模拟方法已被广泛应用于高功率微波源器件) 粒子模拟的基本流程如图 所示 # : 的设计和研究，缩短了器件的研制周期，节省了实验 由图 可知，电磁场求解和粒子运动求解两个 # 开支，改进和提高了器件性能: 但对复杂器件的三维 计算过