并行分子動(dòng)力學(xué)優(yōu)化與應(yīng)用及固體熱整流現(xiàn)象探討.pdf

1、為提高分子動(dòng)力學(xué)模擬的計(jì)算效率,采用并行計(jì)算代替單機(jī)計(jì)算。作為并行算法之一的原子分解法,由于其簡(jiǎn)單性,在小型機(jī)群中較高的并行效率,和一些具體問題的適用性如長(zhǎng)程力的計(jì)算,因此比較常用。本文研究了原子分解方法,優(yōu)化了各進(jìn)程粒子的受力計(jì)算,尤其對(duì)嚴(yán)重影響并行效率的全局通信進(jìn)行了優(yōu)化,使用最佳實(shí)現(xiàn)全局通信的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)非阻塞通信替代了直接調(diào)用全收集語句MPI_Allgather。在進(jìn)行非阻塞通信同時(shí)計(jì)算各進(jìn)程粒子與本地進(jìn)程粒子間及上次通信獲得的其他進(jìn)

2、程粒子間的相互作用,最終使得并行效率的提高在30％以上。并且使用該優(yōu)化算法對(duì)固態(tài)氬的導(dǎo)熱系數(shù)進(jìn)行了計(jì)算,模擬結(jié)果和實(shí)驗(yàn)值比較吻合,而且時(shí)間大大縮短。證明了該優(yōu)化并行算法正確性和有效性。此外,對(duì)于大規(guī)模的粒子系統(tǒng)原子分解已不能滿足要求,這種情況宜采用區(qū)域分解法替代之。本文以碳納米管的計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算為例,對(duì)其采用區(qū)域分解算法實(shí)現(xiàn)并行化,結(jié)果證明了隨著粒子數(shù)量的增加,并行效率是在上升的。且證實(shí)了該算法在碳納米管理論研究中的重要地位。

3、本文中,使用分子動(dòng)力學(xué)模擬方法對(duì)雙層納米薄膜界面處的熱整流進(jìn)行了計(jì)算。該雙層納米薄膜由兩種不同材料組成。模擬結(jié)果表明,界面熱阻與流過界面的熱流方向有關(guān)。界面處熱阻的熱整流隨著溫度的上升而減小,但是整流效果不能僅僅由界面處的溫度差解釋,界面處聲子的非彈性散射可能對(duì)這種非對(duì)稱傳播有一定貢獻(xiàn)。最后對(duì)于界面處的相互擴(kuò)散對(duì)熱整流的影響也作了一定的討論。通過將界面附近兩薄膜層的任意原子相互交換實(shí)現(xiàn)界面的摻雜,分子動(dòng)力學(xué)模擬結(jié)果表明了界面處相互擴(kuò)散將