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声子BTE应用的并行和优化研究 被引量:1
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作者 文敏华 刘永志 +4 位作者 鲍华 胡跃 沈泳星 韦建文 林新华 《计算机科学与探索》 CSCD 北大核心 2020年第8期1288-1297,共10页
声子玻尔兹曼输运方程(BTE)可以有效地模拟介观尺度下的导热问题,相比于随机性方法,以有限体积法为代表的确定性方法求解声子BTE方程被认为更有希望解决工程实际问题。但是有限体积法求解BTE具有迭代步数多,迭代时间长的问题。为此提出... 声子玻尔兹曼输运方程(BTE)可以有效地模拟介观尺度下的导热问题,相比于随机性方法,以有限体积法为代表的确定性方法求解声子BTE方程被认为更有希望解决工程实际问题。但是有限体积法求解BTE具有迭代步数多,迭代时间长的问题。为此提出了声子BTE方程迭代求解部分在GPU上的并行加速方案,并设计适当的线程分配方式及数据存储格式,采用循环展开和内核融合等优化手段对迭代过程进行并行加速。此外,采用基于角方向的并行策略,使用MPI+CUDA、CUDA-Aware MPI和NCCL函数的方式实现了声子BTE求解多GPU并行版本。实验结果表明,相较于Intel Xeon Gold 6248上的串行版本,在单块V100 GPU上获得了最大31.5倍的加速。同时使用NCCL函数的GPU并行版本在8台DGX-2节点共计128块V100 GPU上最高达到了83%的并行效率,比MPI+CUDA版本提升57%。 展开更多
关键词 并行加速 玻尔兹曼输运方程(bte) DGX-2 统一计算设备架构(CUDA)
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固体微/纳米尺度传热理论研究进展 被引量:6
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作者 吕曜 宋青林 夏善红 《物理学进展》 CSCD 北大核心 2004年第4期424-435,共12页
 随着半导体技术的飞速发展,器件的尺寸已进入到微/纳米尺度。由于量子效应、表面及界面效应,使得微尺度下的热物性与宏观尺度下有了明显的区别。人们针对微观传热领域的特点,发展了声子玻尔兹曼传输方程、分子动力学等方法,取得了一...  随着半导体技术的飞速发展,器件的尺寸已进入到微/纳米尺度。由于量子效应、表面及界面效应,使得微尺度下的热物性与宏观尺度下有了明显的区别。人们针对微观传热领域的特点,发展了声子玻尔兹曼传输方程、分子动力学等方法,取得了一定的成果,但仍存在不少问题。一些基础概念问题,特别是非平衡态下的局域温度的定义,有待澄清。本文主要回顾近年来微/纳米尺度传热在理论和数值模拟方面的进展,以及目前所面临的挑战和问题。 展开更多
关键词 声子 非平衡态 纳米尺度 传输方程 固体 分子动力学 微尺度 热物性 界面效应 量子效应
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氮化硼纳米管热输运性能的分子动力学模拟 被引量:3
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作者 高宇飞 孟庆元 +2 位作者 张璐 刘甲秋 荆宇航 《物理化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2012年第5期1077-1084,共8页
采用基于声子散射理论的Boltzmann-Peierls声子传输方程(BTE)和非平衡态分子动力学模拟(NEMD)方法研究了氮化硼纳米管(BNNT)的热输运性能.分析了BNNT的热力耦合效应,通过BTE与NEMD两种方法相结合,分析了温度和长度对BNNT热输运性能的影... 采用基于声子散射理论的Boltzmann-Peierls声子传输方程(BTE)和非平衡态分子动力学模拟(NEMD)方法研究了氮化硼纳米管(BNNT)的热输运性能.分析了BNNT的热力耦合效应,通过BTE与NEMD两种方法相结合,分析了温度和长度对BNNT热输运性能的影响,并应用量子修正扩大了NEMD的研究范围.结果表明:随着拉伸或压缩应变的增加,BNNT热输运性能均呈降低的趋势.通过计算声子态密度(PDOS)在理论上分析了以上结果,发现在拉伸状态下,声子模式的变化是决定BNNT热输运性能变化的主要因素;在压缩状态下,热导率变化是由于模型发生明显的屈曲变形引起的.在低温段,BNNT的热输运性能受量子效应影响最初有一个线性增加的过程,当温度超过一定值时,其开始显著地降低;当BNNT长度小于120nm时,随着长度的增加,其弹道性能逐渐减弱,但仍主要体现为弹道特征,其热导率(κ)与长度(L)基本满足κ∝Lα这一关系. 展开更多
关键词 氮化硼纳米管 热输运性能 boltzmann-Peierls声子传输方程 非平衡态分子动力学模拟 声子态密度 量子修正
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Mo_(2)C二维材料晶格热导率的第一性原理研究 被引量:2
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作者 丁迎春 袁欢 徐明 《原子与分子物理学报》 CAS 北大核心 2022年第1期151-156,共6页
MO_(2)C是构建Mxene基器件的重要材料之一,对MO_(2)C二维材料声子输运的理解非常必要.文章结合第一性原理方法和声子玻尔兹曼输运方程,研究了二维MO_(2)C材料的晶格热导率.研究表明,室温下二维MO_(2)C导热系数非常低,其锯齿方向和扶手... MO_(2)C是构建Mxene基器件的重要材料之一,对MO_(2)C二维材料声子输运的理解非常必要.文章结合第一性原理方法和声子玻尔兹曼输运方程,研究了二维MO_(2)C材料的晶格热导率.研究表明,室温下二维MO_(2)C导热系数非常低,其锯齿方向和扶手椅方向的晶格热导率分别为7.20和5.04 W/mK.计算了声学振动和光学振动模式对晶格热导率的贡献,揭示总热导率主要由面内声学横波的振动模式所贡献.还进一步计算了声子群速度、声子弛豫时间、三声子散射空间和模式格林艾森参数,发现二维MO_(2)C中的声子群速度和声子弛豫时间对晶格传输有重要的影响. 展开更多
关键词 2D材料 声子谱 热导率 玻尔兹曼输运方程
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声子散射通道对CaO和CaS异常热导率的影响 被引量:1
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作者 孟晋 李楠 +2 位作者 董鹏 马龙宣 杨昊京宸 《沈阳工业大学学报》 CAS 北大核心 2022年第5期525-529,共5页
为了揭示室温下氧化钙的导热系数低于硫化钙这一反常现象的物理机制,利用结合声子玻尔兹曼输运方程和第一原理计算方法系统研究了CaM的热导率.结果表明:CaM中热导率顺序为CaS>CaO>CaSe>CaTe,CaS热导率在声子频率高于2 THz后显... 为了揭示室温下氧化钙的导热系数低于硫化钙这一反常现象的物理机制,利用结合声子玻尔兹曼输运方程和第一原理计算方法系统研究了CaM的热导率.结果表明:CaM中热导率顺序为CaS>CaO>CaSe>CaTe,CaS热导率在声子频率高于2 THz后显著增加,最终成为4种化合物中热导率最高的材料;声子寿命是CaM热导率变化的主控因素,三声子散射相空间的变化趋势与声子寿命一致,这与声子的纵向光学支与横向光学支劈裂直接相关.因此,声子散射通道的数量决定了CaM的声子寿命,也是CaO热导率低于CaS这一反常现象的物理本质. 展开更多
关键词 晶格热导率 第一性原理 玻尔兹曼传输方程 声子寿命 声子散射通道 热输运 氧化钙 硫化钙
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