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基于MPI-OpenACC的多GPU热格子Boltzmann模拟

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基于MPI-OpenACC的多GPU热格子Boltzmann模拟

第十二届全国流体力学学术会议

作者：李博韬徐翱西北工业大学航空学院中国空气动力研究与发展中心结冰与防除冰重点实验室

我们提出了OpenACC和MPI混合方法在多GPU上加速格子Boltzmann模拟的优化策略。OpenACC用于加速单GPU上的模拟计算,MPI用于管理多个GPU之间的数据同步。使用单GPU模拟时,网格数为8193的二维模拟实现了每秒19.3亿次的网格点更新,网格数为...

我们提出了OpenACC和MPI混合方法在多GPU上加速格子Boltzmann模拟的优化策略。OpenACC用于加速单GPU上的模拟计算,MPI用于管理多个GPU之间的数据同步。使用单GPU模拟时,网格数为8193的二维模拟实现了每秒19.3亿次的网格点更新,网格数为385的三维模拟实现了每秒10.4亿次的网格点更新,均达到了GPU理论最大性能的76%以上。在多GPU模拟时,我们使用多维分割、重叠计算与通信以及并发执行计算任务的三种方式优化了程序的并行效率。结果表明,在使用16个GPU的强拓展性测试中,二维模拟速度达到了每秒304.2亿次的网格点更新,三维模拟速度达到了每秒145.2亿次的网格点更新。在弱拓展性的测试中,使用16个GPU模拟时的并行效率保持在99%以上。我们的结果表明,使用优化后的数据与任务管理方式,OpenACC和MPI的混合方法在多GPU热格子Boltzmann模拟领域有着广阔的应用前景。

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针对RED的LDoS攻击模型

华中科技大学学报（自然科学版） 2010年第9期38卷 50-54页

作者：吴黎兵徐翱何炎祥王超武汉大学计算机学院武汉430072 武汉大学空天信息安全与可信计算教育部重点实验室武汉430072

针对随机早期检测(RED)算法的低速率拒绝服务攻击(LDoS)会导致路由器的缓冲队列长度出现严重震荡、使网络服务质量急剧下降的问题,分析了针对RED的LDoS攻击模型,并推理了高速率攻击脉冲使路由器缓冲队列迅速增加的过程,提出了攻击脉冲长... 详细信息

针对随机早期检测(RED)算法的低速率拒绝服务攻击(LDoS)会导致路由器的缓冲队列长度出现严重震荡、使网络服务质量急剧下降的问题,分析了针对RED的LDoS攻击模型,并推理了高速率攻击脉冲使路由器缓冲队列迅速增加的过程,提出了攻击脉冲长度l和脉冲速率R的理论计算方法.对于一个示例场景,当采用大于瓶颈链路带宽的攻击脉冲时,400 ms左右的脉冲能够对网络性能造成很大影响.在NS2中的模拟实验证明了实验结果与理论预期的一致性,针对RED的LDoS攻击流能够使网络服务质量大幅度下降,并且攻击流具有较好的隐蔽性.

关键词：网络安全网络性能拥塞控制低速率攻击拒绝服务随机早期检测

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面向协同的装配序列建模与规划研究

面向协同的装配序列建模与规划研究

作者：徐翱华中科技大学

学位级别：硕士

装配设计是产品设计的关键环节之一,实现协同装配可以有效地提高装配设计的效率、降低装配的成本,因此,研究面向协同的装配设计显得十分必要。首先,本文建立了面向协同的装配设计系统框架,该框架包含产品装配模型的呈现、装配体的信息... 详细信息

装配设计是产品设计的关键环节之一,实现协同装配可以有效地提高装配设计的效率、降低装配的成本,因此,研究面向协同的装配设计显得十分必要。首先,本文建立了面向协同的装配设计系统框架,该框架包含产品装配模型的呈现、装配体的信息建模、协同装配过程中的冲突管理、协同装配过程中的优化等,此外,本文还对复杂产品的装配序列规划方法进行了深入研究。其次,在分析基于功能的产品装配设计的过程和零部件之间的装配关系基础上,提出了两层体系的装配模型,并根据零件的装配特点,基于辅助功能零件的概念,提出了简化装配树模型的若干原则。为了便于装配序列的规划,将优先关系有向图转换为优先关系矩阵,并给出了具体的步骤。建立了基于装配成本的装配序列评价模型,认为装配成本主要由产品装配过程中装配方向的变化次数和产品组成零件装配后的运动不确定数决定。再次,在本文建立的装配模型的基础上,采用遗传算法进行装配序列规划,实现了装配序列的生成与优化。并采用基于优先关系矩阵的干涉推理方法,检验装配序列的可行性,计算装配序列中可能产生的装配干涉数目。最后,以汽车车身后地板装配体为例,对本文提出的两层体系装配模型建立过程进行了详细描述,在此基础上验证了本文采用遗传算法解决装配序列规划问题的有效性。文末对全文进行了总结,并展望了进一步的研究方向。

关键词：装配序列规划协同装配遗传算法装配评价

饲料中添加不同比例冰鲜鱼、纤维素对鲟亲鱼血清生化指标及繁殖性能的影响

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饲料中添加不同比例冰鲜鱼、纤维素对鲟亲鱼血清生化指标及繁殖性...

作者：徐翱上海海洋大学

学位级别：硕士

摘要：鲟鱼是地球上现存的一群古老生物，有“活化石”之称，也是淡水中最大的鱼类，不但具有很高的学术研究价值，还具有很高的经济价值。近些年来，随着鲟鱼养殖规模的逐步扩大，鲟亲鱼出现繁殖性能下降、苗种成活率低和整体繁殖效率... 详细信息

摘要：鲟鱼是地球上现存的一群古老生物，有“活化石”之称，也是淡水中最大的鱼类，不但具有很高的学术研究价值，还具有很高的经济价值。近些年来，随着鲟鱼养殖规模的逐步扩大，鲟亲鱼出现繁殖性能下降、苗种成活率低和整体繁殖效率不高现象。针对这些问题本文以施氏鲟、杂交鲟和西伯利亚鲟亲鱼为研究对象，研究饲料中添加冰鲜鱼和纤维素对鲟亲鱼繁殖性能及血清生化指标的影响，旨在提高鲟亲鱼繁殖效率。实验组饲料采用在基础饲料中添加不同比例的鲜杂鱼和不同比例的纤维素（0，20%冰鲜鱼，20%冰鲜鱼和3%纤维素，及40%冰鲜鱼，分别简称SL1、SL2、SL3和SL4）。投喂鲟亲鱼6个月。试验在水泥流水池塘中进行，养殖期间水温16-24℃，PH值7.7-7.84，溶解氧含量6mg/L左右。研究结果如下：1四种饲料中蛋白质和脂肪含量为SL1最高，SL4最低。饲料中的必需氨基酸含量为：SL2、SL3和SL4蛋氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、赖氨酸、组氨酸及苏氨酸含量高于SL1。SL1、SL2和SL3的n-3HUFA分别为2.08%、2.36%、2.39%。SL2和SL3接近2.5%，为饲料中的适宜添加量，有助于提高繁殖性能。2饲料中添加冰鲜鱼对鲟鱼血清性类固醇激素的影响：添加冰鲜鱼实验组血清E2浓度相比投喂饲料前升高，但是SL1E2浓度降低，与添加组差异显著(P0.05)。施氏鲟谷胱甘肽过氧化物酶均为SL2含量最高，SL3次之，相比其他实验组差异显著反映出SL2抗氧化能力的提高。杂交鲟和西伯利亚鲟各个实验组差异不显著(P>0.05)，说明两种鲟亲鱼的抗氧化能力没有很大的变化。施氏鲟、杂交鲟和西伯利亚鲟的实验组的过氧化氢酶含量都比SL0的亲鱼过氧化氢酶含量高，说明对亲鱼加强营养培育使得亲鱼总抗氧化能力有所提高。4本实验中，添加冰鲜鱼的施氏鲟实验组相比SL1和SL0组脂肪代谢指标含量都有所上升，其中低密度脂蛋白、高密度脂蛋白、总胆固醇的含量均在SL2中含量最高，与SL3差异不显著。施氏鲟和杂交鲟血清中甘油三酯在SL4中表达量最高。杂交鲟脂肪代谢指标中，SL2的甘油三酯显著高于SL1和SL0(P0.05)。说明在饲料中添加鲜杂鱼对鱼体代谢有一定影响，饲料中脂肪含量高，致使鱼体吸收的脂肪含量高。鲟亲鱼实验组的低密度脂蛋白普遍低于SL1和SL0，高密度脂蛋白高于SL1和SL0，说明SL0脂肪代谢功能出现问题，经过营养配育后，脂肪代谢功能逐渐转好。5三种鲟亲鱼的实验组中血清肝功能生化指标含量表达为：乳酸脱氢酶、碱性磷酸酶、谷草转氨酶无明显差异，血清中这些酶活性低而且含量相对稳定。施氏鲟SL1谷丙转氨酶含量最高，与SL2实验组差异显著(P0.05)。7采用酶学方法测定了不同发育时期（Ⅱ-Ⅴ期）小体鲟亲鱼的胃、肠道和幽门盲囊中蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶活性，并分析了3种酶随发育时期的变化规律。结果表明，小体鲟亲鱼不同性腺发育时期蛋白酶活性，以Ⅱ期雌性亲鱼最高，其次为Ⅲ期、Ⅴ期雌鱼，Ⅳ期雌鱼最低。不同发育时期的淀粉酶的活性以Ⅴ期雌鱼最高，其次为Ⅲ期、Ⅱ、Ⅳ期雌鱼。脂肪酶在不同发育时期活性比较：Ⅴ期雌鱼>Ⅱ雌鱼>Ⅲ期雌鱼>Ⅳ期雌鱼。不同消化器官中脂肪酶活性依次为幽门盲囊>中肠>前肠>胃>后肠。研究结果表明，小体鲟雌性亲鱼在性腺发育Ⅱ期、Ⅲ期对食物中蛋白质和碳水化合物需求较高，而性腺发育周期中对脂类物质的需求Ⅴ期最高，其次是Ⅱ期、Ⅲ期和Ⅳ期，总体来说小体鲟亲鱼整个性腺发育时期脂肪量需求较高。研究结果表明，实验组添加冰鲜鱼后饲料中脂肪含量升高，鱼体消化吸收脂肪量升高;实验组鱼体抗氧化能力增强，并且饲料未对鱼体肝功能有所影响。综合考虑SL3和SL4饲料效果好，俩者差异不显著，从经济角度上来讲，SL4添加鲜杂鱼的含量更多，成本高，所以添加20%冰鲜鱼结合3%纤维素的饲料优于其它各组。

关键词：鲟亲鱼血清生化指标繁殖性能

基于二维PIC-DSMC耦合算法的真空沿面闪络形成过程的等离子体演化特性

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高电压技术 2018年第9期44卷 3001-3008页

作者：徐翱金大志程焰林陈磊谈效华中国工程物理研究院电子工程研究所

真空沿面闪络一直是限制相关高压技术应用的重要问题,因此通过深入认识真空沿面闪络形成过程等离子体演化特性来掌握影响等离子体形成和演变的主要因素,对进一步提高相关器件耐压性能有重要意义。为此基于金属-真空-绝缘体交界处的三相... 详细信息

真空沿面闪络一直是限制相关高压技术应用的重要问题,因此通过深入认识真空沿面闪络形成过程等离子体演化特性来掌握影响等离子体形成和演变的主要因素,对进一步提高相关器件耐压性能有重要意义。为此基于金属-真空-绝缘体交界处的三相点场致电子发射、绝缘体表面电荷累积、二次电子发射、气体解吸附及电子与解吸附气体相互作用等基本物理过程,通过二维轴对称PIC-DSMC（网格质点法-直接模拟蒙特卡罗法）耦合算法建立了1 mm间隙的真空沿面闪络仿真模型,阐明了电子、离子和中性粒子的时空分布演化特性,揭示了绝缘体表面电荷累积对阴极表面电场的增强作用以及其导致的三相点场致发射电子增加,阐明了阴极附近正离子大量出现并增强场致发射导致了阴极附近首先形成电子雪崩并从而引起真空沿面闪络的物理过程,从而获得了完整的真空沿面闪络形成过程中的等离子体演化特性,这为深入理解真空沿面闪络机制和进一步提高相关器件性能奠定了基础。

关键词：沿面闪络绝缘体等离子体场致发射模拟

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湍流场中自驱动颗粒的节能推进

湍流场中自驱动颗粒的节能推进

第十二届全国流体力学学术会议

作者：徐翱吴华林郗恒东西北工业大学航空学院西北工业大学极端力学学院

我们采用数值模拟研究了智能体在非定常流动中的自主推进过程。通过采用强化学习算法,我们控制了智能体利用流场拟序结构以尽量减少其自身的能量消耗。我们考虑了智能体在两种类型流场中的运动:一种流场是作为概念验证性的双涡流,另一...

我们采用数值模拟研究了智能体在非定常流动中的自主推进过程。通过采用强化学习算法,我们控制了智能体利用流场拟序结构以尽量减少其自身的能量消耗。我们考虑了智能体在两种类型流场中的运动:一种流场是作为概念验证性的双涡流,另一种是从大气环流和海洋环流中抽象出的瑞利-伯纳德湍流。研究结果表明,在这两种流动中的智能体可以从一个位置迁移到另一个位置,同时尽可能地利用流场的动能来减少智能体的能量消耗。通过比较智能体直接从原点移动到目的地的直线轨迹,优化后的轨迹节省能量消耗约三分之二。此外我们发现,与双涡流相比,瑞利-伯纳德湍流中的流场表现出更大幅度的波动,智能体更倾向于探索不同的迁移策略,使得训练过程更难收敛。通过采用流场的温度作为智能体的观测量,我们在瑞利-伯纳德湍流场中确定了智能体获得最高奖励的节能轨迹。这项研究有望应用于湍流环境中固定翼无人机等中小型飞行器航迹的智能优化。

关键词：

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剪切热湍流：传热增强及湍流再层流化

剪切热湍流：传热增强及湍流再层流化

第十二届全国流体力学学术会议

作者：许本瑞徐翱郗恒东西北工业大学航空学院西北工业大学极端力学研究院

我们研究了二维方形瑞利-伯纳德对流腔中的流动结构和传热特性。为了控制流动模态以及传热效率,我们在对流腔壁面施加了三种不同类型的剪切模式,从而分别有利于出现单涡、水平叠加的双涡和垂直叠加的双涡这三种流动模态。我们发现,随着...

我们研究了二维方形瑞利-伯纳德对流腔中的流动结构和传热特性。为了控制流动模态以及传热效率,我们在对流腔壁面施加了三种不同类型的剪切模式,从而分别有利于出现单涡、水平叠加的双涡和垂直叠加的双涡这三种流动模态。我们发现,随着壁面剪切雷诺数的增加,传热效率和流动强度都会增强;然而,即使流动强度相同,在对流腔处于不同类型的壁面剪切模式下时,传热效率仍会有很大的不同。另一个重要的发现是,随着壁面剪切强度的增加,热湍流会被重新层流化,且层流状态下对流腔体的传热效率高于湍流状态。层流状态下传热效率提高的原因是形成了更稳定和更强大的对流通道。热湍流重新层流化的原因是施加壁面剪切力后,使得原本从壁面分离的羽流被壁面剪切力卷走、羽流数目减少,而湍动能的生成主要由羽流负责,羽流减少导致了湍动能的生成减弱。

关键词：

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场致发射影响微间隙气体放电形成的模拟

高电压技术 2020年第2期46卷 715-722页

作者：徐翱金大志王亚军陈磊谈效华中国工程物理研究院电子工程研究所绵阳621999

当间隙间距达到几微米时,其击穿电压将与帕邢曲线显著偏离。文中以间隙间距4μm为典型研究对象,基于网格质点法耦合蒙特卡洛碰撞(PIC-MCC)建立这种微间隙气体放电形成过程的仿真模型,并分析了考虑与不考虑场致电子发射对这种微间隙气体... 详细信息

当间隙间距达到几微米时,其击穿电压将与帕邢曲线显著偏离。文中以间隙间距4μm为典型研究对象,基于网格质点法耦合蒙特卡洛碰撞(PIC-MCC)建立这种微间隙气体放电形成过程的仿真模型,并分析了考虑与不考虑场致电子发射对这种微间隙气体放电形成过程的影响,获得了放电形成过程中不同粒子数密度时空分布、不同粒子速度分布和电场分布等随时间的变化,最后通过分析与讨论得到了间隙间距在2~5μm左右范围时,形成微间隙气体放电过程的主要因素是阴极场致电子发射和随后的离子增强场致电子发射;而当间隙间距小于1μm时场致电子发射将会在形成微间隙气体放电过程中起到主要作用。

关键词：场致发射等离子体微间隙气体放电粒子数密度

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高压条件下陶瓷气孔内的等离子体演化特性

高电压技术 2021年第11期47卷 4134-4143页

作者：徐翱王亚军杜继实金大志陈磊中国工程物理研究院电子工程研究所绵阳621999

陶瓷内部的气孔缺陷是限制其体耐压提升的主要原因之一。为了深入揭示陶瓷内部气孔在高压条件下的物理化学变化,首先通过静电场仿真得到了不同形状气孔对其与陶瓷交界面附近电场的增强情况,然后基于蒙特卡洛方法的粒子模拟(particle-in-... 详细信息

陶瓷内部的气孔缺陷是限制其体耐压提升的主要原因之一。为了深入揭示陶瓷内部气孔在高压条件下的物理化学变化,首先通过静电场仿真得到了不同形状气孔对其与陶瓷交界面附近电场的增强情况,然后基于蒙特卡洛方法的粒子模拟(particle-in-cell coupling with Monte Carlo collision,PIC-MCC)建立了高压条件下陶瓷内部长度0.1 mm气孔中的等离子体演化特性仿真模型,给出了陶瓷内的电势和电场分布随时间变化规律,揭示了气孔中电子、离子的数密度分布、速度分布及轰击气孔与陶瓷交界面通量随时间演化行为,分析了不同陶瓷上初始电场对其内部气孔中等离子体演化造成的最强畸变电场的影响,阐明了高压条件下陶瓷气孔内的等离子体运动可能造成陶瓷体击穿的原因,为进一步深入研究陶瓷体击穿机理奠定了基础。

关键词：陶瓷气孔击穿等离子体粒子模拟