[發明專利]一種連鑄結晶器傳熱與鑄坯凝固并行計算方法無效

申請號：	201110103094.1	申請日：	2011-04-24
公開（公告）號：	CN102205402A	公開（公告）日：	2011-10-05
發明（設計）人：	王旭東;唐玲;姚曼	申請（專利權）人：	大連理工大學
主分類號：	B22D11/16	分類號：	B22D11/16
代理公司：	大連星海專利事務所 21208	代理人：	花向陽
地址：	116024 遼***	國省代碼：	遼寧;21
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摘要：
搜索關鍵詞：	一種結晶器傳熱凝固并行計算方法
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【說明書】：

技術領域

本發明涉及一種連鑄結晶器傳熱與鑄坯凝固并行計算方法，屬于煉鋼連鑄技術領域。

背景知識

實際生產中鑄坯的表面質量缺陷通常在結晶器內部即已產生，實時監測并控制結晶器與鑄坯真實的傳熱狀況，以選取最優工藝參數，是提高鑄坯質量和生產率的重要手段。連鑄結晶器傳熱與鑄坯凝固數值模擬具有計算量大、耗時長的特點，由于傳統的串行計算方法在計算速度和時間等方面的限制，已很難滿足在線監控對數值模擬的實時性要求。因此，開發快速、高效的結晶器傳熱與鑄坯凝固計算方法，可顯著提高結晶器在線監控水平，在工藝優化、鑄坯質量預測等方面發揮重要作用，具有很好的理論意義及工程實用價值。

隨著多核技術的發展，并行計算及并行編程成為人們關注的焦點。并行計算通過協同若干處理器進行并行工作，可以有效解決大規模計算時間過長的問題，特別適用于實時性要求較高的數值模擬和過程在線監控，有著極大應用潛力，。

現有的關于提高結晶器傳熱計算速度的專利和文獻很少。根據已公布的少數資料，其一，發表于《計算機工程與設計》(2005年第26卷第2期)的文獻“基于MPI的連鑄模擬并行計算”，提出在cluster并行計算環境下基于消息傳遞的并行模擬算法。其二，發表于《鑄造》(2007年第56卷第7期)的文獻“MPI并行計算在金屬凝固溫度場模擬中的實現”，利用基于windows異構機群平臺的MPI并行編程方式對金屬凝固過程溫度場模擬串行算法進行數據域分塊的方法并行化。其三，發表于《熱加工工藝》(2009年第1期)的文獻“并行計算應用于連鑄結晶器傳熱數值模擬”，搭建了分布式并行計算機機群，采用并行計算求解連鑄結晶器的傳熱行為，并對其構造與實現方法進行研究。上述文獻所提及的并行計算方法，均是基于MPI的消息傳遞并行機模型。雖然該方法具有較好的可移植性和可擴展性，但該模型應用在多機分布式環境中，搭建平臺復雜，成本較高；而且各個機器在進行獨立計算之前必須進行數據傳遞，由此帶來通信耗時，影響計算速度和并行加速比。

發明內容

本發明提出一種連鑄結晶器傳熱與鑄坯凝固并行計算方法，將連鑄結晶器傳熱數值模擬與并行計算技術結合，通過OpenMP并行編程編制結晶器傳熱與鑄坯凝固并行計算程序，并根據負載均衡原則對計算區域進行劃分，利用單臺多核計算機對結晶器傳熱和鑄坯凝固過程進行并行計算，解決現有結晶器傳熱計算效率較低、耗時過長的問題。

本發明采用的技術方案是：一種連鑄結晶器傳熱與鑄坯凝固并行計算方法，將連鑄結晶器傳熱數值模擬與并行計算技術結合，利用單臺多核計算機，對結晶器傳熱和鑄坯凝固的行為進行并行計算，具體步驟如下：

1)依據有限差分法原理，建立結晶器傳熱與鑄坯凝固數值計算模型；

2)基于C++語言，采用OpenMP進行多核程序設計，編制結晶器傳熱和鑄坯凝固并行計算程序；

3)對結晶器傳熱和鑄坯凝固的計算區域進行劃分，根據負載均衡原則，使各區域具有相同的計算量，并將計算任務均勻分配至單臺多核計算機的每個CPU，使每個并行計算區域的任務計算時間相同或相近；

4)將連鑄生產條件和工藝參數輸入結晶器傳熱計算模塊，利用單臺多核計算機對結晶器傳熱和鑄坯凝固的行為進行并行計算；

5)根據需要，對結晶器溫度、鑄坯溫度和熱流分布等計算結果進行顯示。

本發明的有益效果為：

(1)簡單易實現。連鑄技術人員無須具備與高性能并行計算相關的技術細節，只需確定原串行算法程序中哪些部分需要并行化，即可對數據區域分解成塊，進行并行計算。

(2)低投資。多核計算機日益普及，單機已能夠滿足計算要求，無需再構建復雜的并行機計算機群，節約成本，

(3)實用可擴展。該方法面對連鑄結晶器傳熱在線計算，也可適用于其他有實時性要求的工程應用，加快計算效率。而隨著多核計算機的發展，可靈活劃分并行計算的區域，最大限度有效地利用多核技術。

附圖說明

圖1是串行情況下的結晶器/鑄坯傳熱計算流程圖。