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斯特林制冷机性能仿真计算

低温与超导第39卷第5期低温技术Cryogenics Cryo．＆Supercond．Vol．39No．5

收稿日期：2011－03－02

基金项目：国家自然科学基金资助项目（50906054）；上海市教育委员会科研创新项目（11YZ119）；上海市重点学科建设项目（S30503）资助。

作者简介：闫辉（1988－），男，硕士生，主要研究方向为斯特林制冷机性能优化。

斯特林制冷机性能仿真计算

闫辉，祁影霞，张华，陈曦

（上海理工大学，上海200093）

摘要：以等温模型为基础，对斯特林制冷机的性能进行了计算机仿真计算。通过编程计算分析了一些系统参数变化对理论制冷量、有效制冷量、冷量损失等的影响。得出当充气压力增大或回热器长度减小时，制冷量都随之增大，但制冷效率有一个最优值；当回热器直径变化时，有一个最优值使制冷量和制冷效率最大；当相位角变化时，制冷量有最大值的结论。为设计斯特林制冷机合理选取参数提供了理论依据。

关键词：等温模型；斯特林制冷机；仿真；性能

The property simulation and calculation on the Stirling cooler

Yan Hui ，Qi Yingxia ，Zhang Hua ，Chen Xi

（University of Shanghai for Science and Technology ，Shanghai 200093，China ）

Abstract ：The performance of Stirling cooler was studied based on isothermal mode by computer simulation．The effects of the structural and operation parameters on the theoretical refrigeration capacity ，effectively refrigeration capacity and thermal los-ses were calculated．It was concluded that refrigeration capacity increased with the increase of the average pressure or the de-crease of regenerator length ，but the refrigeration efficiency had a optimum value ；And the diameter of regenerator had a optimum value to refrigeration efficiency and refrigeration capacity ；And refrigeration capacity had a maximum with the increase of the phase angle．The conclusions can provide guidance for designing new Stirling cooler．

Keywords ：isothermal model ，Stirling cooler ，simulation ，performance

1前言

斯特林制冷机作为微型制冷机中的一个重要

的组成部分，不仅拥有一般微型低温制冷机体积小、适用性强等优点，而且具有系统性能稳定、制冷效率比较高的特点。由于其高效和可靠性，已广泛应用于航空航天工业、卫星遥感、低温工程、低温电子学、低温生物学等领域。斯特林制冷机设计理论，涵盖到了热动力学、流体力学、传热学、多孔介质理论等多方面的问题［1］

。国内一些研究机构曾采用计算机辅助设计的方法，建立了斯特林制冷机的系统计算仿真

模型［2］

；采用节点分析的方法，建立了斯特林制

冷机的数值计算模型［3］

；采用程序化设计，获得

了斯特林制冷机蓄冷器的最佳结构参数［4］

。迄今为止，很少有文章对斯特林制冷机的各个性

能参数进行分析，

研究它们参数的变化对整机性能的影响。因此本文采用程序设计软件Fortran 6．0，以等温模型为基础，对制冷机的热力参数进行编程计算，通过热力学计算分析各参数对制冷性能的影响，以指导新型制冷机研制过程中的参数确定问题。

基本模型

2．1

基本物理模型

斯特林制冷机主要由曲轴箱、压缩腔、冷却

器、排出器、膨胀腔和回热器等几部分组成。工作时，压缩活塞与排出器通过曲柄连杆机构将电机的旋转运动变为活塞的简谐运动，工质在压缩空间、蓄冷器（回热器）和膨胀空间等部分来回交替流动，而气体质量不变，从而构成闭式循环。

图1斯特林制冷机的物理模型

Fig．1The model of Stirling cryocooler

2．2数值计算模型

本文数值计算模型如下［5］。

表1数值计算模型

Tab．1Computation model

结构尺寸

压缩活塞直径D

/mm60

压缩活塞行程Z

/mm40

膨胀活塞直径D

/mm40

膨胀活塞行程Z

/mm16

回热器长度L/mm50

回热器直径D/mm40

运行参数

充气压力P

/MPa0．7

运行频率/Hz20

冷腔壁温T

/K233K

压缩腔壁温T

/K303K

3理论计算与分析

3．1制冷机热力学设计

热力学计算过程采用等温模型分离计算法，先假设各种损失互不影响，且与理想循环无关，按等温模型计算理想循环，得到压力变化、质量分布、理论冷量和理论输入功率等参数，然后分别计算各种冷量损失和直接输入功率损失［6］。从理论制冷量中减去回热器损失、热幅射损失、流阻损失、穿梭损失、泵气损失、轴向导热损失等，最终获得有效制冷量。主要计算公式如下［7］：理论制冷量：

πσf sinθ

1+1－σ

槡2

理论输入功率：

（τ－1）

有效制冷量：

coca

－∑ΔQ i

式中，P

为系统平均压力，Pa；V

为冷腔最大容积，m3；σ为压力参数；θ为最小压力相位角；τ为

温度比；∑ΔQ

为各种冷损之和。

3．2各参数对制冷机性能的影响

为研究各参数对制冷机系统性能的影响，定义了一个性能参数。

制冷效率η=Q

coca

式中：N

为实际功耗。

3．2．1充气压力对制冷量的影响

斯特林制冷机充气压力，即当斯特林制冷机停止工作时、压缩腔和膨胀腔内气体压力达到平衡时，制冷机内部的压力。压力是斯特林制冷机中重要的运行参数，是连接热力学平衡和动力学平衡的纽带［8］。一方面，它作为动力学参数直接决定气动力的大小，通过气体弹簧作用改变整机运行的共振条件，从而影响着整机的动力特性；另一方面，

它作为热力学参数直接影响着制冷机输入功及理论制冷量的产生，从而决定了整机的热力学性能。

图2充气压力对制冷性能的影响。

Fig．2The inflation pressure effect on refrigeration capacity 图2给出了制冷机的理论制冷量、有效制冷量、冷量损失在不同充气压力下的变化曲线。从图2中可以看出，计算得到的理论制冷量、实际功耗、冷量损失和充气压力基本上成线性递增关系，

·低温技术Cryogenics第5期

因理论制冷量的增大幅度要大于冷量损失的速度，所以整体上制冷机的实际制冷量是随之增大。但实际功耗也随之增大，所以需要在功耗和制冷性能之间取得平衡，这就需要一个最佳的充气压力范围。从图3中可以看出，制冷机的制冷效率

随充气压力的增大，

先增大后减小，大约在0．7MPa 0．8MPa 时达到最大值，0．7MPa 0．8MPa

即为上述的最佳充气压力范围。由于当充气压力过高时制冷机效率反而会降低，以及较高的充气压力会对汽缸的加工要求更加苛刻等因素，不能一味靠提高充气压力，来达到增大制冷量的目的，还需要从别的运行参数着手考虑，如调节行程等

。

图3

充气压力对制冷效率的影响。

Fig．3

The inflation pressure effect on refrigeration efficiency

3．2．2回热器长度对制冷量的影响

回热器是制冷机的关键部分，它不但是传热元件，还是阻力元件，其性能的优劣对整机性能有着决定性的影响，回热器上的损失（回热损失、流阻损失、轴向导热损失等）是制冷机中主要的损失，回热器的空容积也是制冷机“死容积”的主要组成部分。因此回热器的尺寸与整机系统的匹配

与否对整机性能有着至关重要的影响［9］

。

图4

回热器长度对制冷性能的影响。

Fig．4

The length of regenerator effect on refrigeration ca-

pacity

图4为不同回热器长度下制冷机各性能参

数的变化，从中可以看出，随着回热器的长度增

加，理论制冷量、有效制冷量、冷量损失、实际功耗都随之减小。但从图5中可以明显地看出，随着回热器长度的增加，制冷机的效率在0．04m 时有一个峰值。图6、图7也显示出，

当回热器直径变

图5

回热器长度对制冷效率的影响

Fig．5

The length of regenerator effect on refrigeration effi-

ciency

图6

回热器直径对制冷性能的影响

Fig．6

The diameter of regenerator effect on refrigeration ca-

pacity

图7

回热器直径对制冷效率的影响

Fig．7

The diameter of regenerator effect on refrigeration ef-

ficiency

化时，理论制冷量、有效制冷量、制冷机效率都会出现峰值。即相同系统条件下，回热器的几何参

数同制冷机的整体性能也存在一个最佳的匹配

值，

因为回热器中的流阻损失和“死容积”对整机性能的影响很大，在回热器过大时，虽然流阻损失

减小，但“死容积”的增大，回热器对压比的影响

51·第5期低温技术Cryogenics

变为主要，造成整机性能下降；当回热器过小时，回热器中流阻损失又占了主要部分，同样造成整机性能下降。因此回热器设计需要综合考虑两方面因素，以选取最优的几何参数。3．2．3不同相位角下的制冷量

斯特林制冷机的排出器的连杆与压缩机的压缩活塞的连杆是由同一个曲轴驱动的，但两者保持一定的夹角，使冷腔容积的变化超前于压缩腔，两者之间的夹角即为位移相位角。

位移相位角对制冷机的影响包括两个方面，一是对回热器本身的影响，二是对压缩机效率的影响

［10］

。位移相位角直接影响回热器冷热端的

质量流与压力波动之间的相位角，从而影响回热

器的效率；同时位移相位角对压缩机效率也有一定影响

［11］

。

图8为制冷机的性能参数随位移相位角变化的变化曲线，从中可以看出理论制冷量、有效制冷量、

冷量损失、实际功耗，随位移相位角的变化的变化趋势大至相同，

都在80? 90?左右时出现峰值，当偏离这个范围时，都相应的减小。因为位移

相位角在80? 90?时，活塞做简谐运动时的容积变化与理想的跳跃式容积式变化最接近，能够近似实现理想斯特林制冷循环，当偏离这个最佳范围时，制冷机的制冷循环就会与理想斯特林制冷循环产生很大偏差，因此整体性能会有所下降

。

图8

相位角对制冷性能影响

Fig．8

The phase angle effect on refrigeration capacity

4结论

斯特林制冷机不同于普通的制冷循环，其结

构特殊，采用热力学等温模型对其进行设计计算，虽然稍有误差，但其结果可以满足一般工程需要，为设计不同制冷温区和冷量的新型制冷机提供理论依据。

各系统参数（充气压力、回热器长度、直径、相位角）的变化对理论制冷量、冷量损失以及有效冷量都有明显影响，在设计制冷机时，需要综合

考虑各方面因素，选取系统参数的最优值，以达到最优的性能。参考文献

［1］Rogdakis E D ，BormpilasN A ，Koniakos IK．A thermo-dynamic study for the optimization of stable operation of free piston Stirling engines ［J ］．Energy Conversion and Management ，2004，45：575－593．

［2］刘赛，李青，李正宇，等．微型整体式斯特林制冷机系

统的计算机仿真优化研究［J ］．低温工程，2006（3）：43－46．

［3］何雅玲，吴沛宜，邵洗明，等．双驱动分置式微型斯特

林制冷机热力动态过程的数值分析［J ］．红外与激光技术，

1994（5）：67．［4］陈曦，武卫东，赵巍，等．斯特林制冷机中蓄冷器的程

序化设计［

J ］．低温工程，2008（3）：12－16．［5］周能．大冷量低温斯特林制冷机的设计［D ］．上海：上

海理工大学动力院，

2009：11－12．［6］陆彭飞，刘向农，王铁军．小型分置式斯特林制冷机

理论冷量的计算方法［J ］．低温与超导，2008（11）：16．

［7］边绍雄．小型低温制冷机［M ］．北京：机械工业出版

社，

1983：30－42．［8］刘心广，吴亦农，何力．充气压力对分置斯特林制冷

机影响的实验研究［

J ］．低温与超导，2007（1）：16．［9］Kays W M ，London A L．Compact Heat Exchangers

［Z ］．1964：654．

［10］李奥，李姗姗，刘冬毓，等．35K 双级斯特林制冷机

性能实验［

J ］．低温工程，2010（2）：35．［11］张存泉，吴亦农，陈永生．狭缝调相式气动分置式斯

特林制冷机的运行性能［J ］．深冷技术，2004（4）：11．

·61·低温技术Cryogenics

第5期

高性能计算-国家科技管理信息系统公共服务平台

附件1 “高性能计算”重点专项2016年度项目申报指南依据《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006—2020年）》，科技部会同有关部门组织开展了《高性能计算重点专项实施方案》编制工作，在此基础上启动“高性能计算”重点专项2016年度项目，并发布本指南。本专项总体目标是：在E级计算机的体系结构，新型处理器结构、高速互连网络、整机基础架构、软件环境、面向应用的协同设计、大规模系统管控与容错等核心技术方面取得突破，依托自主可控技术，研制适应应用需求的E级（百亿亿次左右）高性能计算机系统，使我国高性能计算机的性能在“十三五”末期保持世界领先水平。研发一批重大关键领域/行业的高性能计算应用精品资料

软件，建立适应不同行业的2—3个高性能计算应用软件中心，构建可持续发展的高性能计算应用生态环境。配合E级计算机和应用软件研发，探索新型高性能计算服务的可持续发展机制，创新组织管理与运营模式，建立具有世界一流资源能力和服务水平的国家高性能计算环境，在我国科学研究和经济与社会发展中发挥重要作用，并通过国家高性能计算环境所取得的经验，促进我国计算服务业的产生和成长。本专项围绕E级高性能计算机系统研制、高性能计算应用软件研发、高性能计算环境研发等三个创新链（技术方向）部署20个重点研究任务，专项实施周期为5年，即2016年—2020年。按照分步实施、重点突出原则，2016年启动项目的主要研究内容包括：E级计算机总体技术及评测技术与系统，高性能应用软件研发与推广应用机制，重大行业高性能数值装置和应用软件，E级高性能应用软件编程框架及应用示范，国家高性能计算环境服务化机制与支撑体系，基于国家高性能计算环境的服务系统等 —2—

高性能计算云平台解决方案

目录 1概述 (3) 1.1建设背景 (3) 1.2设计范围 (3) 1.3总体设计原则 (3) 2系统平台设计 (4) 2.1项目需求 (4) 2.2设计思想 (5) 2.3云存储系统方案 (6) 2.4系统优势和特点 (6) 2.5作业调度系统方案 (8) 3系统架构 (9) 3.1cStor系统基本组成 (9) 3.2cStor系统功能描述 (10) 3.3Jobkeeper系统基本组成 (17) 4系统安全性设计 (20) 4.1安全保障体系框架 (20) 4.2云计算平台的多级信任保护 (21) 4.3基于多级信任保护的访问控制 (25) 4.4云平台安全审计 (28) 5工作机制 (31) 5.1数据写入机制 (31) 5.2数据读出机制 (32) 6关键技术 (33) 6.1负载自动均衡技术 (33) 6.2高速并发访问技术 (33) 6.3高可靠性保证技术 (33) 6.4高可用技术 (34) 6.5故障恢复技术 (34) 7接口描述 (35) 7.1POSIX通用文件系统接口访问 (35) 7.2应用程序API接口调用 (35) 8本地容错与诊断技术 (36) 8.1 cStor高可靠性 (36) 8.2 cStor数据完整性 (36) 8.3 cStor快照技术 (37) 8.4 Jopkeeper故障处理技术 (37) 9异地容灾与恢复技术 (39) 9.1cStor数据备份与恢复系统功能 (39) 9.2cStor异地文件恢复 (40)

1概述 1.1建设背景云存储平台与作业调度为本次高性能计算总体解决方案的一部分。主要针对海量的数据的集中存储、共享、计算与挖掘，建立一套具有高可靠、可在线弹性伸缩，满足高吞吐量并发访问需求的云存储与计算平台。为数据存储和高效计算提供便捷、统一管理和高效应用的基础平台支撑。 1.2设计范围本技术解决方案针对海量数据集中存储、共享与计算，提供从系统软硬件技术架构、原理、硬件选型、网络接入以及软件与应用之间的接口等方面的全面设计阐述。 1.3总体设计原则针对本次工程的实际情况,充分考虑系统建设的建设发展需求，以实现系统统一管理、高效应用、平滑扩展为目标，以“先进、安全、成熟、开放、经济”为总体设计原则。 1.3.1先进性原则在系统总体方案设计时采用业界先进的方案和技术，以确保一定时间内不落后。选择实用性强产品，模块化结构设计，既可满足当前的需要又可实现今后系统发展平滑扩展。 1.3.2安全性原则数据是业务系统核心应用的最终保障，不但要保证整套系统能够7X24运行，而且存储系统必须有高可用性，以保证应用系统对数据的随时存取。同时配置安全的备份系统，对应用数据进行更加安全的数据保护，降低人为操作失误或病毒袭击给系统造成的数据丢失。在进行系统设计时，充分考虑数据高可靠存储，采用高度可靠的软硬件容错设计，进行有效的安全访问控制，实现故障屏蔽、自动冗余重建等智能化安全可靠措施，提供

CAE对高性能计算平台的选择

CAE对高性能计算平台的选择高性能计算（HPC）正逐步进入制造行业，承担诸多关键的计算应用。该领域中用户主要分成两类，一类是实际制造企业，如汽车设计制造厂商、航空工业企业、电力企业及消费产品生产商等。这一类用户通过高性能计算技术来提高产品的性能，减低成本，同时缩短产品的设计、生产周期，以使企业在市场上更具竞争力，另一类是研发单位，如政府、国防和大学中涉及制造行业的部门或专业。这一类用户的目标是利用高性能计算技术改善设计方法，提高设计水平从而为实际生产服务。下图给出了制造行业中采用计算机进行产品开发的流程，包括建模、前处理（模型修改和网格生成）、计算分析、交叉学科综合及后处理几个部分。其中高性能计算主要应用于计算分析部分，统称为计算机辅助工程（CAE）。制造行业CAE应用程序的特点制造行业CAE的应用可以分为隐式有限元分析（IFEA）、显式有限元分析（EFEA）和计算流体动力学（CFD）三个子学科。几乎所有的制造企业的高性能计算都依赖于独立软件开发商（ISV）提供的商业软件，只有计算流体动力学中结构网格计算类型的部分软件是

用户自己开发的。因此制造行业中的用户在购买硬件平台的同时通常会购买相应的科学计算软件产品。而在某种程度上，往往是应用软件的特性决定了硬件平台的选择。下表中给出了CAE常用的应用软件，并列出这些软件的特点，包括并行方式和可扩展性。从上表中我们可以了解到CAE应用软件具有以下特点：特点1：IFEA类应用软件（如ABAQUS, ANSYS和MSC Nastran）的可扩展性不是很好。当使用超过8个CPU来处理一个任务时，通常不会再有性能上的提升；特点2：IFEA类应用软件通常使用共享内存方式（pthreads或OpenMP）进行并行处理，其中ABAQUS不支持消息传递方式（MPI）的并行；特点3：EFEA类应用软件（如LS-DYNA, PAM-CRASH和RADIOSS）和计算流体动力学软件（如FLUENT, STAR-CD和PowerFlow）的扩展性相对较好；特点4：EFEA类应用软件和CFD软件以采用消息传递并行方式（MPI）为主。高性能计算（HPC）服务器体系结构分类及特点目前市场上常用的高性能计算服务器大致可以分为以下3种体系结构，即：并行向量处理机（PVP）： PVP系统含有为数不多、功能强大的定制向量处理器（VP），定制的高带宽纵横交叉开关及高速的数据访问。由于这类系统对程序编制的要求较高，价格很昂贵且难于管理，因此，这种类型计算机主要集中在一些大型国家关键部门，在本文中不再赘述。对称多处理机（SMP）：

斯特林制冷机用于商业制冷的研究现状初析

文章编号：0253-4339(2008)06-0051-06 斯特林制冷机用于商业制冷的研究现状初析陈曦张华1吴亦农2 (1上海理工大学动力工程学院上海 200093; 2 中国科学院上海技术物理研究所上海 200083) 摘要相对于传统的蒸汽压缩节流制冷系统，采用斯特林制冷循环的新型制冷系统具有高效率﹑“绿色”制冷剂﹑制冷温区广等特点，在环保及节能方面具有明显的优势。通过对国内外斯特林制冷技术用于商业制冷领域的发展进行综述，展望了这种极具潜力的制冷技术的前景。最后，大冷量中温区斯特林制冷机和冷头到冷空间的冷量传递作为斯特林制冷的两个关键技术分别进行了介绍。关键词热工学；斯特林制冷机；综述；商业制冷中图分类号：TB61+93 文献标识码：A Review of Stirling Cooler Key Technologies Applied in Commercial Refrigeration Chen Xi1 Zhang Hua1 Wu Yinong2 (1. College of Power Engineering, University of Shanghai for Science & Technology, Shanghai, 200093, China; 2. Shanghai Institute of Technical Physics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai, 200083, China) Abstract New refrigeration systems based on the Stirling cycle have remarkable advantages in energy saving and environment protection because of higher efficiency, using green refrigerant, and larger range of cooling temperature compared with conventional vapor compression systems. The research development of Stirling refrigeration technology for commercial application is described, and the prospects of the Stirling refrigeration technology are stated. In addition, the two key technologies of Stirling refrigeration, high capacity Stirling cooler for intermediate lift temperature and heat transfer between the cold end of Stirling cooler and the cooling space, are presented respectively. Keywords Pyrology; Stirling cooler; Summary; Commerce refrigeration 斯特林制冷机是利用膨胀气缸内气体周期性膨胀和压缩来制取冷量的一种气体机械制冷机，其理论制冷效率为卡诺效率[1~2]。19世纪60年代A. Kirk利用逆向斯特林循环进行制冷获得成功以来，斯特林制冷技术发展已有一百多年历史。一直以来，由于技术成本和生产成本较高的原因，斯特林制冷机主要用于航天领域及红外探测器件的冷却，制冷温度大都低于100K，制冷量较小，在几毫瓦到几瓦范围内。20世纪80年代以后，随着斯特林制冷技术的成熟，其设计和制造成本逐年下降，斯特林制冷机的应用面和产量逐渐增加。特别是传统制冷系统由于ODP(臭氧层破坏)和GWP(温室效应)而受到越来越严格的限制，这为斯特林制冷技术的蓬勃发展提供了难得的历史机遇。斯特林制冷与传统的蒸气压缩节流制冷有极大的不同，斯特林制冷技术一般采用整体式斯特林制冷机作为冷源，其原理是氦气膨胀制冷，因而无节流系统和蒸发器。相对于传统的蒸汽压缩节流制冷系统，采用斯特林制冷系统具有高效率、“绿色”制冷剂、制冷温区广等特点，在环保及节能方面具有明显的优势[2~4]。 1 斯特林制冷在商业制冷的研究现状一般来说，120K是普冷(制冷)和深冷(低温)的分界点，低于120K称为深冷(低温)技术，高于120K称为普冷(制冷)技术。上世纪90年代以来，国内外的斯特林技术研究机构先后提出并研制了可用于商业制冷(制冷温度高于120K)领域的斯特林制冷系统，其主要的研究机构包括美国的Sunpower公司、Infinia(STC)公司、以色列IST公司、法国电力公司、日本Twinbird公司、新西兰的收稿日期：2008年5月22日 5

高性能计算平台 ABAQUS 算例

高性能计算平台ABAQUS算例贺有为（heyouwei66@https://www.wendangku.net/doc/443037108.html,），June.2010 作者简介：贺有为，中南大学材料学院研究生，师从邓运来教授，在邓运来和唐建国老师的指导下研究功能材料与分子的模拟计算。目录 ABAQUS简介 (1) ABAQUS的主要功能 (1) ABAQUS的优点 (2) 为什么要利用高性能计算平台运行ABAQUS作业 (2) LINUX系统下ABAQUS应用算例 (3) ABAQUS简介 ABAQUS是一套功能强大的工程模拟有限元软件，是材料计算软件里的贵族，其解决问题的范围从相对简单的线性分析到许多复杂的非线性问题。ABAQUS包括一个丰富的、可模拟任意几何形状的单元库。并拥有各种类型的材料模型库，可以模拟典型工程材料的性能，其中包括金属、橡胶、高分子材料、复合材料、钢筋混凝土、可压缩超弹性泡沫材料以及土壤和岩石等地质材料。作为通用的模拟工具，ABAQUS 除了能解决大量结构（应力∕位移）问题，还可以模拟其他工程领域的许多问题，例如热传导、质量扩散、热电耦合分析、声学分析、岩土力学分析（流体渗透∕应力耦合分析）及压电介质分析。 ABAQUS的主要功能

ABAQUS为用户提供了广泛的功能，且使用起来又非常简单。大量的复杂问题可以通过选项块的不同组合很容易的模拟出来。例如，对于复杂多构件问题的模拟是通过把定义每一构件的几何尺寸的选项块与相应的材料性质选项块结合起来。在大部分模拟中，甚至高度非线性问题，用户只需提供一些工程数据，像结构的几何形状、材料性质、边界条件及载荷工况。在一个非线性分析中，ABAQUS能自动选择相应载荷增量和收敛限度。他不仅能够选择合适参数，而且能连续调节参数以保证在分析过程中有效地得到精确解。用户通过准确的定义参数就能很好的控制数值计算结果。 ABAQUS的优点 ABAQUS软件在求解非线性问题时具有非常明显的优势。其非线性涵盖材料非线性、几何非线性和状态非线性等多个方面。与其他有限元软件的界面程序比，ABA QUS/CAE具有以下的特点： 1．采用CAD方式建模和可视化视窗系统，具有良好的人机交互特性。 2．强大的模型管理和载荷管理手段，为多任务、多工况实际工程问题的建模和仿真提供了方便。 3．鉴于接触问题在实际工程中的普遍性，单独设置了连接（interaction）模块，可以精确地模拟实际工程中存在的多种接触问题。 4．采用了参数化建模方法，为实际工程结构的参数设计与优化，结构修改提供了有力工具。为什么要利用高性能计算平台运行ABAQUS作业和很多有限元软件一样，其基本思想是将连续的求解区域离散为一组有限个、且按一定方式相互连接在一起的单元组合体，利用在每个单元内假设的近似函数分片地表示全求解域上待求的未知场函数。一经求解出这些未知量，就可以通过插值函数计算出各个单元内场函数的近似值，从而得到整个求解域上的近似解。这种求解就利用到网格计算。由于ABAQUS是有限元软件里的贵族，尤其非线性功能的强大，所以该软件对计算机的硬件要求很高。一些多场耦合，而且网格又画

HPC高性能计算平台Linpack测试手册_infiniband网络

Linpack测试手册（1） Voltaire Infiniband： Step1：安装voltaire MPI(与HCA卡驱动集成在一起) 安装HCA卡驱动：将驱动安装包VoltaireOFED-5.1.3.1_5-k2.6.18-92.el5-x86_64.tar.bz2放到/root 目录下，运行命令： tar –zxvf VoltaireOFED-5.1.3.1_5-k2.6.18-92.el5-x86_64.tar.bz2 cd VoltaireOFED-5.1.3.1_5-k2.6.18-92.el5-x86_64 ./install.sh 安装完毕后查看voltaire MPI是否正常 Which mpicc 提示/opt/vltmpi/OPENIB/mpi/bin/mpicc则返还正常,可进行下一步。 Step2：安装数学库（GotoBLAS）将数学库安装包GotoBLAS-1.26.tar.gz放到/hpc目录下，运行： tar –zxvf GotoBLAS-1.26.tar.gz cd GotoBLAS 32 bit安裝：./quickbuild.32bit 64 bit安裝：./quickbuild.64bit 安裝完成后，在当前目录下会生成3个文件，系統根据你的CPU型式來取名，例如： libgoto.a libgoto_core2p-r1.14.a 系統根据你的CPU型式來取名 libgoto_core2p-r1.14.so 其中libgoto.a 即为使用的数学库函数，记下该路径 Step3：安装linpack测试包（hpl.tgz）将linpack测试包hpl.tgz放到/hpc目录下，运行 tar –xvf hpl.tgz cd hpl cd setup cp ./Make.Linux_PII_FBLAS /hpc/hpl/Make.test cd .. pwd 目录为/hpc/hpl/ vi Make.test编辑该文件如下地方需要更改：

高性能计算平台建设方案

高性能计算平台建设方案1.验证理论、发展理论的重要工具，另一方面，它是在理论的指导下发展实用技术，直接为经济发展服务；计算科学的发展也有相当悠久的历史，只是在计算机这一强大的计算工具问世之前，计算只能利用人类的大脑和简单的工具，计算应用于科学研究有天然的局限性，限制了它作用的发挥；随着计算机技术的发展，使用科学计算这一先进的技术手段不断普及，逐渐走向成熟。科学计算可以在很大程度上代替实验科学，并能在很多情况下，完成实验科学所无法完成的研究工作。科学计算也直接服务于实用科技，并为理论的发展提供依据和机会。在许多情况下，或者理论模型过于复杂甚至尚未建立，或者实验费用过于昂贵甚至不允许进行，此时计算模拟就成为求解问题的唯一或主要手段了。目前，高性能计算已广泛应用于国民经济各领域，发挥着不可替代的重要作用： a) 基础学科中深入的知识发现，问题规模的扩大和求解精度的增加需要更高性能的计算资源。例如，计算立体力学、计算材料学、计算电磁学。 b) 多学科综合设计领域中大量多部门协同计算需要构建高性能的综合平台。例如，汽车设计、船舶设计。

c) 基于仿真的工程科学结合传统工程领域的知识技术与高性能计算，提供经济高效地设计与实践方法。例如，基于仿真的医学实践、数字城市模拟、核电、油田仿真工具、新材料开发、碰撞仿真技术、数字风洞。 d) 高性能计算提升众多行业服务、决策的时效性，提高经济效益。例如，实时天气预报、城市交通控制、视频点播服务、动漫设计、网络游戏、基于RFID 的货物跟踪、智能电子商务。 e) 数据密集型应用需要高性能数据处理，以应对数据爆炸式增长带来的难题。例如，高能物理实验数据处理、遥感数据处理、商业智能、生物信息学、RFID 数据挖掘、金融业分析抵押借贷、移动电话流量分析。 1.1建设内容高性能计算平台是面向全校提供高速计算服务的公共计算平台，主要运行科研计算任务，并且能够根据应用任务对硬件资源的不同需求，动态分配和调整平台资源，管理计算作业。用户通过校园网或VPN远程提交计算作业、获取计算结果，并能够根据权限调整，实现权限控制，硬件细节对用户透明。用户界面实现图形化交互窗口和SSH登陆相结合方式。平台的主要硬件设备有：管理节点、计算节点、存储IO节点、Infiniband交换机、高速存储、千兆以太网交换机；软件方面有：64位Linux操作系统、并行开发环境、并行文件系统、作业调度管理系统、硬件集群管理系统等，利用高速infiniband网络互联构成计算环境，通过并行计算支撑软件和作业调度系统使它们协同工作。平台支持同时运行Ansys、Fluent、Gauss、Materials Studi、ADMS、Opera、HFSS、MTSS、MAGIC、CST、Icepak等商业软件，并支持C（C++）、Fortran77/90等语言的编译和运行环境，以保证学院自编应用程序的计算求解需求。

中国传媒大学高性能计算中心高性能计算平台

中国传媒大学高性能计算中心高性能计算平台用户账号申请与使用须知一、申请资格申请人须为中国传媒大学的任职教师或在读的硕士、博士研究生。二、用户帐号申请从https://www.wendangku.net/doc/443037108.html,/files/userapplication.doc下载用户登记表格，认真填写相关信息后发送到高性能计算中心邮箱hpcc@https://www.wendangku.net/doc/443037108.html,。在接收到审核通过的通知邮件后，到高性能计算中心进一步核对用户信息，然后签字并领取用户名和密码。三、高性能计算平台的初步使用用户获得用户名和密码后，首先下载SSH客户端软件，下载地址为https://www.wendangku.net/doc/443037108.html,/files/SSHSecureShellClient.rar，解压并安装于本地计算机上。然后通过安装的SSH软件登录到高性能计算平台，平台的访问地址为https://www.wendangku.net/doc/443037108.html,。关于平台的其它具体使用方法可参阅高性能计算中心用户培训讲义，相关资料下载地址为https://www.wendangku.net/doc/443037108.html,/files/Introduct_to_cuc_hpcc.ppt。四、并行计算平台的使用规范 (一)并行计算平台仅供我校任职教师或在读的硕士、博士研究生进行科学研究和教学相关的活动之用，不得用于任何威胁国家、社会安全的高性能计算，也不能用于其它无关的用途； (二)用户所申请的账号只能在使用权期限内使用，过期后可以向中

心提出申请延期，并重新进行用户登记手续； (三)每一个用户至多只能申请一个帐号，请务必保存好个人帐号和密码，且不能将帐号转借他人使用，一经发现，证实后立即取消该用户的使用资格； (四)每个用户同时只允许运行1个作业，每个作业最多使用8个处理器，作业最长允许运行时间为12个小时。对于承担国家重大科研项目的人员除外，但需要提前1周向高性能计算中心提出大规模计算服务申请（可从https://www.wendangku.net/doc/443037108.html,/files/computeserviceapplication.doc下载申请表格），经审核同意后为其预留相应的计算资源； (五)用户应在基于高性能计算平台进行研究的论文或研究成果报告中指明使用中国传媒大学高性能计算平台进行计算，并向高性能计算中心提供成果副本一份； (六)若用户违反相关使用规定，本中心保留停止其使用系统的权利。 (七)本文最终解释权归中国传媒大学高性能计算中心所有。中国传媒大学高性能计算中心 2013年7月28日

高性能计算平台解决方案

目录 1概述 (4) 1.1建设背景 (4) 1.2设计范围 (4) 1.3总体设计原则 (4) 2系统平台设计 (6) 2.1项目需求 (6) 2.2设计思想 (7) 2.3云存储系统方案 (7) 2.4系统优势和特点 (8) 2.5作业调度系统方案 (10) 3系统架构 (11) 3.1平台系统基本组成 (11) 3.2平台系统功能描述 (13) 3.3Jobkeeper系统基本组成 (20) 4系统安全性设计 (23) 4.1安全保障体系框架 (23) 4.2云计算平台的多级信任保护 (25) 4.3基于多级信任保护的访问控制 (30) 4.4云平台安全审计 (32) 5工作机制 (36) 5.1数据写入机制 (36) 5.2数据读出机制 (37) 6关键技术 (39) 6.1负载自动均衡技术 (39) 6.2高速并发访问技术 (39) 6.3高可靠性保证技术 (40) 6.4高可用技术 (40) 6.5故障恢复技术 (41) 7接口描述 (42) 7.1POSIX通用文件系统接口访问 (42) 7.2应用程序API接口调用 (42) 8本地容错与诊断技术 (43) 8.1 平台高可靠性 (43) 8.2平台数据完整性 (43) 8.3平台快照技术 (44) 8.4Jopkeeper故障处理技术 (44) 9异地容灾与恢复技术 (46) 9.1平台数据备份与恢复系统功能 (46) 9.2平台异地文件恢复 (47)

高性能计算平台设计方案模板

高性能计算平台建设方案 2013年4月

目录 1 概述 ........................................................................................................... 错误!未指定书签。 1.1 背景概况..........................................................................................错误!未指定书签。 1.2 建设内容..........................................................................................错误!未指定书签。 1.3 设计原则..........................................................................................错误!未指定书签。 2 总体架构 ................................................................................................... 错误!未指定书签。 3 高性能计算平台硬件系统........................................................................ 错误!未指定书签。 3.1 平台架构图......................................................................................错误!未指定书签。 3.2 主要设备选型..................................................................................错误!未指定书签。 3.3 集群系统..........................................................................................错误!未指定书签。 3.4 计算节点..........................................................................................错误!未指定书签。 3.5 管理节点..........................................................................................错误!未指定书签。 3.6 存储节点..........................................................................................错误!未指定书签。 3.7 网络系统方案..................................................................................错误!未指定书签。 3.8 管理网络..........................................................................................错误!未指定书签。 3.9 监控网络..........................................................................................错误!未指定书签。 3.10 存储系统..........................................................................................错误!未指定书签。 4 高性能计算平台软件系统........................................................................ 错误!未指定书签。 4.1 64位操作系统...............................................................................错误!未指定书签。 4.2 集群管理软件..................................................................................错误!未指定书签。 4.3 作业调度系统..................................................................................错误!未指定书签。 4.4 并行文件系统..................................................................................错误!未指定书签。 4.5 集群并行计算环境..........................................................................错误!未指定书签。 4.6 标准库函数......................................................................................错误!未指定书签。 4.7 标准应用软件..................................................................................错误!未指定书签。 5 项目经费预算............................................................................................ 错误!未指定书签。 5.1 经费来源..........................................................................................错误!未指定书签。 5.2 经费支出预算..................................................................................错误!未指定书签。附页——高性能计算平台技术参数要求 ....................................................... 错误!未指定书签。

高性能计算平台可行性报告

目录 1 高性能计算机简介 (1) 1.1 什么是高性能计算机 (1) 1.2 为什么需要高性能计算机 (1) 1.1高性能计算机性能衡量标准 (2) 1.2高性能计算机可以做什么 (3) 1.2.1 高性能计算与石油勘探 (4) 1.2.1高性能计算与现代农业 (6) 1.2.2高性能计算与生命科学 (8) 1.2.3高性能计算与计算机辅助工程（CAE） (10) 2建立高性能计算中心的必要性 (12) 2.1高性能计算中心建设意义 (13) 2.2高性能计算中心可提升的科研实力 (14) 2.3高性能计算中心可提高经济竞争力 (18) 2.4高性能计算中心可提升国防实力 (19) 2.5高性能计算中心可提高在国际上的地位 (21) 3建设高性能计算中心的意义 (24) 3.1树立高端IT产业案例，打破国外IT产品垄断 (24) 3.2加强科技交流，扩大合作的领域和范围。 (25)

1 高性能计算机简介 1.1 什么是高性能计算机高性能计算机，或称超级计算机，是一套计算性能强大，具有大规模存储空间和完整的软件系统，并且价格十分昂贵的计算机，是计算机中功能最强、运算速度最快、存储容量最大的一类计算机。其性能远超普通的个人计算机和通用服务器，具有无与伦比的计算能力。高性能计算机通过并行计算来实现超高的计算性能，并行计算即将多个处理器通过网络连接，并以一定的方式将其有序地组织起来，同时对多个任务或多条指令、或对多个数据项进行处理，以达到快速求解一个计算问题的目的。高性能计算机多用于国家高科技领域和尖端技术研究，是国家科技发展水平和综合国力的重要标志。目前的高性能计算机的主要架构是集群架构。集群架构是将大量的服务器通过专用网络连接起来，让所有的服务器协调工作来完成一个计算任务。在用户看来，整个集群就是一台高性能计算机，管理和操作就像管理一台计算机一样简单。不同的是这台计算机具有超强的计算能力。 1.2 为什么需要高性能计算机高性能计算机构建的主要目的有两个：其一是缩短计算时间。某些科研计算任务，仅凭一台或者几台服务器来进行运算，可能需要几个月、几年或者更长的时间。如果说科研人员把时间都浪费在等待运算结果上，科学研究就没有进步的可能。而利用由大量服务器构成的集群架构的高性能计算机来进行计算，会大大缩短计算时间。就好像一个人砌一堵墙需要10天，10个人砌这堵墙只需要1天，而240个人砌这堵墙，只需要1个小时。缩短计算时间的典型例子就是人类基因组计划。人类基因组计划是由美国科学家于1985年率先提出，于1990年正式启动的。美、法、德、日和中国科学家共同参与了这一预算达30亿美元的人类基因组测序计划。该计划要揭开组成人体4万个基因的30亿个碱基对 1

某大学高性能计算平台建设项目

招标文件项目编号：标段：标段项目名称：大学高性能计算平台建设项目采购人：大学实施部门：大学采购管理办公室地址：市城关区南路号时间：年月是否涉密（签署意见并签名）：

目录第一部分第一章招标公告第二章招标文件前附表第三章技术规格、参数及服务要求第四章评标办法及标准第二部分第五章投标须知一、总则二、招标文件三、投标文件四、投标文件的递交五、开标与评标六、中标信息公布与投标人质疑七、合同签订八、特殊情形的规定九、其他规定第六章政府采购合同格式条款第三部分第七章投标文件组成一、投标文件封面格式二、目录三、附件（报价材料、明资料、商务证明资料、技术证明资料）说明：．请各供应商务必详细阅读本招标文件的全部条款，以减少不必要的投标失误。．供应商如认为本采购文件含有标明特定的生产供应者、含有倾向性或排斥潜在供应商的条款而使自己的权益受到损害的，请以书面形式在公告开始时间天通知采购人，否则，将视为对本采购文件要求无任何异议，并不得因此在招标（评审）后提出任何异议。

第一部分

第一章招标公告具备招标条件。受大学大学高性能计算平台建设项目实行公开招标，邀请合格投标人进行加密 : 一．项目概况．项目名称：大学高性能计算平台建设项目；．项目编号：；．采购容、预算及标段划分等：二、投标人资格要求： .投标人须符合《中华人民国政府采购法》第二十二条规定条件：（）具有独立承担民事责任的能力；（）具有良好的商业信誉和健全的财务会计制度；（）具有履行合同所必需的设备和专业技术能力；（）有依法缴纳税收和社会保障资金的良好记录；（）参加政府采购活动前三年，在经营活动中没有重大记录；（）法律、行政法规规定的其他条件。 .投标人须符合本次招标的其他资格要求：（）供应商营业执照扫描件。（）法人代表授权代理人委托书（投标文件中提供扫描件，投标现场提供纸质版原件）。（）供应商无行贿犯罪声明（格式自拟，法人代表签字，加盖公司公章）；（）经营围及拟投标货物（服务）符合本次招标要求，具有与本次投标货物（服务）相应的经营、代理（经销）资质，能全程参与并完成本项目，且具有较强的服务能力，以及畅通的问题响应机制和渠道等。（）具有良好的信用记录，近三年无重大、违规、违约行为；（）近三年未被列入政府采购严重失信行为信息记录（）；（）近三年未被列入信用中国（）“失信被执行人”、“”、“”等规定的“应当拒绝其参与政府采购活动”的不良信用记录（上述资格要求，提供网查询结果截图）。（）按规定缴纳投标保证金。（）不接受联合体投标。三、报名及招标文件的获取：．报名时间：年月日每日上午至、下午（法定节假日除外）；

中大高性能计算平台

中山大学曙光5000A集群平台使用手册中山大学网络与信息技术中心 2010年6月1日

目录第一部分：中山大学高性能与网格计算平台用户守则 (3) 第二部分：曙光5000A集群集群环境及使用简介 (5) 一、集群系统简介与登陆 (5) 二、编译系统 (5) 三、并行环境 (5) 四、作业调度系统 (6) 五、数学库 (6) 六、科学计算软件 (6) 七、作业调度系统使用简介 (8) 八．资源分配策略及PBS脚本相应参数设置指南 (16)

第一部分：中山大学高性能与网格计算平台用户守则为加强中山大学网络与信息技术中心高性能与网格计算分中心（以下简称高性能与网格计算分中心）对我校高性能与网格计算平台的管理和服务，引导用户合理、科学地使用计算资源，促进高性能计算平台在我校科研和教学工作中发挥更大的作用，特制订如下用户规则。 1.根据集中建设、资源共享的原则，高性能与网格计算分中心负责我校高性能与网格计算平台的建设运维，并提供相应的科研服务和技术支持。 2.为促进学校科研创新能力提升，我校高性能与网格计算平台免费向教师、研究人员或研究团队提供服务。用户在使用计算平台之前应先向高性能与网格计算分中心提出申请，获得批准后方能使用。 3.高性能与网格计算分中心根据用户应用情况及其研究内容来确定用户使用计算资源的优先级。参与建设高性能与网格计算平台的院系用户以及冲击国际前沿水平、涉及重大基础理论研究或涉及国民经济重大应用的国家级课题用户拥有使用计算资源的较高优先级。 4.用户使用高性能计算资源，应严格遵守操作守则，一律通过统一的管理界面或在登录节点提交作业和获得结果，并在计算节点中进行计算。严禁使用非计算节点执行任何计算任务，严禁直接登录到计算节点上运行程序。 5.用户应对自己的作业和数据的安全负责，定期备份或整理数据，防止发生数据损坏、丢失和泄密的问题。 6.自觉遵守国家有关保护知识产权的各项法律规定，不在高性能计算机上擅自复制和使用未经授权的程序和文件，不擅自传播或拷贝享有版权的软件。7.用户应自觉遵守有关保守国家机密的各项法律规定，不利用高性能计算资源泄露国家机密或从事违法犯罪活动。 8.不擅自转让、出借用户帐号，不将口令随意告诉他人；也不借用他人帐户使用计算资源。 9.不使用软件的或硬件的方法窃取他人口令、非法入侵他人帐户，不阅读他人文件，不窃取他人计算和研究成果或受法律保护的资源。 10.用户不得利用高性能计算机制造和传播计算机病毒；禁止破坏数据、破坏程序或其他恶作剧行为。 11.用户应积极配合高性能与网格计算分中心进行校内高性能计算知识推广和普及，推动高性能计算的应用，加强与国内外高性能计算领域的联系与沟通，提高我校高性能计算及其它相关学科的水平和在国内外的影响。 12.对于利用我校高性能与网格计算平台得到的成果，用户在发表科研论文、技

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