[发明专利]一种高效率电推进羽流等离子体并行仿真方法

说明书

本发明公开了一种高效率电推进羽流等离子体并行仿真方法，包括：根据网格节点的邻接矩阵M生成无向图G；对无向图G的顶点进行重排序，并编号，得到最小带宽和轮廓的排序数组；根据所述排序数组，进行粒子数据结构设计，实现对大型稀疏方程组的求解。通过本发明实现了对大型工程流场计算问题的大型矩阵和向量的求解运算，大大降低了等离子体羽流的数值模拟过程中的计算时间，提高了效率。

技术领域

本发明属于等离子数值仿真技术领域，尤其涉及一种高效率电推进羽流等离子体并行仿真方法。

背景技术

通过数值模拟手段，能够得出电推进工作羽流场的各种物理参数，从而可以计算出羽流对航天器的相互影响效果。然而，电推进空间羽流场包括复杂的连续介质流(羽流核心区)、过渡领域流和自由分子流(羽流外围区)等几种流动状态。羽流核心区为连续流，外围为过渡领域流和自由分子流，高空羽流流动极为复杂，很难用一种方法来描述。

以目前常用的直接模拟蒙特卡洛方法为例，直接模拟蒙特卡洛方法是用有限个仿真分子代替真实分子，并在计算机中存储仿真分子的位置坐标、速度分量以及内能，其值随仿真分子的运动、与边界的作用以及仿真分子之间的碰撞改变，最后通过统计网格内仿真分子的运动状态实现对真实气体流动问题的模拟。然而，由于等离子体羽流的数值模拟由于其时间尺度和空间尺度限制，需要耗费大量的计算时间，因此，必须在保证计算精度的前提下，采用各种加速方法来减少计算时间。

可见，本领域技术人员亟需解决的问题之一在于：提供一种高效率电推进羽流等离子体并行仿真方法。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种高效率电推进羽流等离子体并行仿真方法，实现了对大型工程流场计算问题的大型矩阵和向量的求解运算，大大降低了等离子体羽流的数值模拟过程中的计算时间，提高了效率。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种高效率电推进羽流等离子体并行仿真方法，包括：

根据网格节点的邻接矩阵M生成无向图G；

对无向图G的顶点进行重排序，并编号，得到最小带宽和轮廓的排序数组；

根据所述排序数组，进行粒子数据结构设计，实现对大型稀疏方程组的求解。

在上述高效率电推进羽流等离子体并行仿真方法中，对无向图G的顶点进行重排序，并编号，得到最小带宽和轮廓的排序数组，包括：

确定无向图G的边界顶点集合r；

任选一个节点，赋予x1，以顶点x1为根生成无向图G的层次结构；

对处于第1层上的节点x1标号为x1’＝1，并按照层次增高的顺序依次对各层中的节点连续标号，得到顶点编号{xi’}；

根据顶点编号{xi’}，确定任选节点对应的目标标号列表{xi”}；

分别对边界顶点集合r中的各节点进行解算，确定各节点对应的目标标号列表；

根据各节点对应的目标标号列表，筛选得到带宽最小的节点，构造得到所述排序数组。

在上述高效率电推进羽流等离子体并行仿真方法中，按照层次增高的顺序依次对各层中的节点连续标号，包括：

当节点位于相同层时，选择相邻的上层节点标号小的节点优先进行标号。

在上述高效率电推进羽流等离子体并行仿真方法中，按照层次增高的顺序依次对各层中的节点连续标号，包括：

当节点位于相同层时，选择节点周围相邻的节点个数小的节点优先进行标号。

在上述高效率电推进羽流等离子体并行仿真方法中，根据顶点编号{xi’}，确定任选节点对应的目标标号列表{xi”}，包括：