專(zhuān)利名稱(chēng)：一種用于聚合物分子量分布計(jì)算的多核并行求解方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及自由基聚合分子量分布的模擬求解領(lǐng)域，特別地，涉及一種用于聚合 物分子量分布計(jì)算的多核并行求解方法。
背景技術(shù)：
聚合物的分子量分布是決定聚合物的使用性能和加工性能的主要因素。通過(guò)能夠 準(zhǔn)確預(yù)測(cè)分子量分布的模型，可以實(shí)現(xiàn)自由基聚合反應(yīng)的軟測(cè)量技術(shù)，并且可以將模型進(jìn) 一步用于優(yōu)化應(yīng)用，通過(guò)調(diào)節(jié)相關(guān)反應(yīng)參數(shù)來(lái)達(dá)到優(yōu)化產(chǎn)品性能的目的。因此，對(duì)聚合過(guò)程 中聚合物分子量分布曲線進(jìn)行預(yù)測(cè)是非常必要的。傳統(tǒng)的分子量分布計(jì)算主要利用動(dòng)力學(xué)鏈長(zhǎng)和成鍵概率的概念計(jì)算瞬時(shí)分子量 分布，然后對(duì)時(shí)間進(jìn)行積分可以得到最終分子量分布。但這種方法由于其固有的一些缺陷， 模擬計(jì)算效果并不是很好。近年來(lái)，隨著高速計(jì)算機(jī)的普及和各種求解微分方程組和代數(shù) 微分方程組的算法的改進(jìn)，出現(xiàn)了許多新的方法，如將離散變量化為連續(xù)變量法、離散加權(quán) (ialerkin法、統(tǒng)計(jì)法、離散傅立葉變換法和離散配置法等。但是，這些方法均基于非常嚴(yán) 格的假設(shè)，其實(shí)用范圍窄，并不能提供一種全面的適合較多場(chǎng)合的計(jì)算分子量分布的方法。 文獻(xiàn)《聚合物產(chǎn)品設(shè)計(jì)及大規(guī)模計(jì)算求解分子量分布研究》(馮劍，浙江大學(xué)碩士學(xué)位論 文，2007)提出的一種模型分解的方法可以將自由基聚合反應(yīng)的大規(guī)模微分代數(shù)方程組分 解為序貫?zāi)Ｊ降男∫?guī)模微分代數(shù)方程組和大規(guī)模微分方程組。其中，小規(guī)模微分代數(shù)方程 組可以快速求解出，但是大規(guī)模的微分方程組的求解需耗費(fèi)較長(zhǎng)時(shí)間，無(wú)法滿足進(jìn)一步的 優(yōu)化應(yīng)用的需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用于聚合物分子量分布計(jì)算的多 核并行求解方法。本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的
一種用于聚合物分子量分布計(jì)算的多核并行求解方法是該方法建立一個(gè)自由基聚合 反應(yīng)動(dòng)態(tài)模擬的機(jī)理模型來(lái)求解聚合物分子量分布，通過(guò)解耦方法將該機(jī)理模型分解為一 個(gè)小規(guī)模自由基聚合反應(yīng)模型和一個(gè)大規(guī)模自由基聚合反應(yīng)模型，利用變步長(zhǎng)變階次后向 差分方法求解小規(guī)模自由基聚合反應(yīng)模型得到單體轉(zhuǎn)化率X和反應(yīng)速率系數(shù)在時(shí)間離散 點(diǎn)的數(shù)值，將各離散時(shí)間點(diǎn)的反應(yīng)速率系數(shù)代入大規(guī)模自由基聚合反應(yīng)模型，以多核計(jì)算 機(jī)系統(tǒng)作為計(jì)算平臺(tái)，Linux操作系統(tǒng)作為運(yùn)行環(huán)境，Pthread線程庫(kù)作為編程環(huán)境，通過(guò) 如下步驟求解大規(guī)模自由基聚合反應(yīng)模型得到聚合物分子量分布
1)確定微分方程組求解所需的離散時(shí)間點(diǎn)個(gè)并對(duì)每一個(gè)時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行編號(hào)；
2)向操作系統(tǒng)申請(qǐng)/個(gè)線程資源作為計(jì)算線程，對(duì)每個(gè)計(jì)算線程進(jìn)行編號(hào)，并為每個(gè) 計(jì)算線程入口函數(shù)傳遞相應(yīng)參數(shù)使得每個(gè)計(jì)算線程對(duì)應(yīng)一個(gè)時(shí)間點(diǎn)；
3)啟動(dòng)所有計(jì)算線程并等待所有計(jì)算線程終止；所述的聚合物為由單一單體連鎖聚合反應(yīng)，以自由基為活性中心生成的聚合物。
所述的大規(guī)模自由基聚合反應(yīng)模型為
權(quán)利要求
1.一種用于聚合物分子量分布計(jì)算的多核并行求解方法，其特征在于該方法建立一 個(gè)自由基聚合反應(yīng)動(dòng)態(tài)模擬的機(jī)理模型來(lái)求解聚合物分子量分布，通過(guò)解耦方法將該機(jī)理 模型分解為一個(gè)小規(guī)模自由基聚合反應(yīng)模型和一個(gè)大規(guī)模自由基聚合反應(yīng)模型，利用變步 長(zhǎng)變階次后向差分方法求解小規(guī)模自由基聚合反應(yīng)模型得到單體轉(zhuǎn)化率X和反應(yīng)速率系 數(shù)在時(shí)間離散點(diǎn)的數(shù)值，將各離散時(shí)間點(diǎn)的反應(yīng)速率系數(shù)代入大規(guī)模自由基聚合反應(yīng)模 型，以多核計(jì)算機(jī)系統(tǒng)作為計(jì)算平臺(tái)，Linux操作系統(tǒng)作為運(yùn)行環(huán)境，Pthread線程庫(kù)作為 編程環(huán)境，通過(guò)如下步驟求解大規(guī)模自由基聚合反應(yīng)模型得到聚合物分子量分布1)確定微分方程組求解所需的離散時(shí)間點(diǎn)個(gè)數(shù)/,并對(duì)每一個(gè)時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行編號(hào)；2)向操作系統(tǒng)申請(qǐng)/個(gè)線程資源作為計(jì)算線程，對(duì)每個(gè)計(jì)算線程進(jìn)行編號(hào)，并為每個(gè) 計(jì)算線程入口函數(shù)傳遞相應(yīng)參數(shù)使得每個(gè)計(jì)算線程對(duì)應(yīng)一個(gè)時(shí)間點(diǎn)；3)啟動(dòng)所有計(jì)算線程并等待所有計(jì)算線程終止。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于聚合物分子量分布計(jì)算的多核并行求解方法，其特 征在于所述的聚合物為由單一單體連鎖聚合反應(yīng)，以自由基為活性中心生成的聚合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于聚合物分子量分布計(jì)算的多核并行求解方法，其特 征在于所述的大規(guī)模自由基聚合反應(yīng)模型為
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于聚合物分子量分布計(jì)算的多核并行求解方法，其特 征在于所述的利用多核處理器序貫并行求解該大規(guī)模自由基聚合反應(yīng)模型為在所創(chuàng)建 的/個(gè)線程中，每一個(gè)線程運(yùn)行該大規(guī)模自由基聚合反應(yīng)模型中一個(gè)離散時(shí)間點(diǎn)的求解， 具體步驟如下(1)初始化當(dāng)前計(jì)算鏈長(zhǎng)《為1；(2)檢查對(duì)應(yīng)時(shí)間點(diǎn)上鏈長(zhǎng)為η的待求解變量所依賴(lài)的其他變量是否已被計(jì)算，是則轉(zhuǎn)(4)，否則繼續(xù);(3)休眠lms，轉(zhuǎn)(2)；(4)計(jì)算對(duì)應(yīng)時(shí)間點(diǎn)上鏈長(zhǎng)為η的待求解變量，η加1 ；(5)如果η已超過(guò)最大待計(jì)算鏈長(zhǎng)則繼續(xù)，否則轉(zhuǎn)(2)；(6)終止該線程。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種用于聚合物分子量分布計(jì)算的多核并行求解方法。該方法以自由基聚合反應(yīng)動(dòng)態(tài)模擬為對(duì)象，建立一個(gè)自由基聚合反應(yīng)動(dòng)態(tài)模擬的機(jī)理模型來(lái)求解聚合物分子量分布，通過(guò)解耦方法將該機(jī)理模型分解為一個(gè)小規(guī)模自由基聚合反應(yīng)模型和一個(gè)大規(guī)模自由基聚合反應(yīng)模型，利用變步長(zhǎng)變階次后向差分方法求解該小規(guī)模自由基聚合反應(yīng)模型，以多核計(jì)算機(jī)系統(tǒng)作為計(jì)算平臺(tái)，通過(guò)并行的序貫方法求解該大規(guī)模自由基聚合反應(yīng)模型來(lái)加速分子量分布計(jì)算的求解。與傳統(tǒng)的非并行聚合物分子量分布計(jì)算求解方法相比，本發(fā)明可以充分利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)多核化的特點(diǎn)，提高模型求解的速度。本發(fā)明采用的方法原理簡(jiǎn)潔清晰，方便于任何多核計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)。
文檔編號(hào)G06F17/50GK102063544SQ20111000045
公開(kāi)日2011年5月18日 申請(qǐng)日期2011年1月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月4日
發(fā)明者姚臻, 邵之江, 錢(qián)積新, 陳智強(qiáng), 陳曦 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)