Параллельный алгоритм и MPI реализация численного исследования фазовых переходов на основе 3D модели термического пика

Мы представляем вычислительную схему и параллельную компьютерную реализацию для численного исследования эволюции температурных полей и фазовых переходов в материалах под действием облучения тяжёлыми ионами высоких энергий. Используется модифицированная модель термического пика, которая описывается системой двух связанных уравнений теплопроводности для температуры электронного газа и температуры ионной кристаллической решётки облучаемого материала. Численное решение этой системы осуществляется на основе условно-устойчивой явно-неявной конечно-разностной схемы в цилиндрической системе координат с использованием разложения функции источника по сферическим гармоникам для учёта нарушения аксиальной симметрии в моделируемой системе (3D). Моделирование динамики фазовых переходов реализовано на основе энтальпийного подхода. Представлена математическая постановка задачи, описана вычислительная схема, приведены особенности параллельной компьютерной реализации на базе технологии MPI (Message Passing Interface). Представлены результаты методических расчётов, проведённых на многопроцессорном кластере К100 (ИПМ РАН, Москва) с различным числом узлов конечно-разностной сетки и с разным числом параллельных процессоров, демонстрирующие эффективность разработанной параллельной C++/MPI-программы.

моделирование, численные методы, фазовый переход, модель термического пика, параллельный алгоритм