Устройство для моделирования диффузионных процессов

Устройство для моделирования диффузионных процессов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

п1 769565

ОП И САНИ Е

ИЗОБРЕ7ЕНИ Я

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ьоюз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 22.05.78 (21) 2618630/18-24 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 07.10.80. Бюллетень № 37 (45) Дата опубликования описания 07.10.80 (51) М Кл з

6 06G 7/48

Государственный комитет

СССР (53) УДК 681.333 (088.8) пс делам изобретений н открытий (72) Авторы изобретения К. И. Диденко, К. Г. Карнаух, Ю. П. Кочур, В. Ф. Луценко, Б. М. Алещенко, Л. П. Галонский, А. Л. Лившиц и П. А Мороз (71) Заявители Специальное конструкторское бюро систем автоматического управления и Всесоюзный научно-исследовательский институт комплексной автоматизации нефтяной и газовой промышленности (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ В

ДИФФУЗИОННЫХ ПРОЦЕССОВ

i"!i." Ч

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано для моделирования диффузионных процессов при решении методом МонтеКарло краевых задач для дифференциальных уравнений в частных производных.

Известно устройство для моделирования многомерных диффузионных процессов (11, содержащее блок формирования траекторий, источники шума и блок памяти. В устройстве осуществляется моделирование непрерывного диффузионного процесса в исследуемых подобластях, аппроксимированных регулярной решеткой. При переходе блуждающей точки из одной подобласти в другую из ЗУ считываются коэффициент диффузии для новой подобласти, признаки вида границ и другая дополнительная информация.

Однако устройство не позволяет осуществить моделирование диффузионных процессов в подобластях произвольной формы и в трехмерном пространстве, а также не позволяет моделировать диффузионные процессы с учетом временных параметров.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для моделирования многоместных диффузионных процессов (2), содержащее блок памяти, блок отслеживания временных границ, блок формирования траектории, первый выход которого соединен с первым входом блока отслеживания пространственных гра5 ниц.

Известное устройство позволяет осуществить моделирование диффузионных процессов на кусочно-однородных областях с произвольной формой границ неоднородностей, 10 причем моделирование выполняется с учетом временных координат (параметров). В нем обеспечивается реализация процессов блуждания точки с постоянным шагом блуждания и мгновенным переносом íà rpa15 ницах переключения коэффициентов.

Однако точность работы этого устройства недостаточна.

Цель изобретения — повышение точности работы.

Эта цель достигается тем, что в устройство ,для моделирования диффузионных процессов, содержащее блок памяти, первый вход которого подключен к первому выходу блока управления, блок отслеживания временных границ, блок отслеживания пространственных границ и блок формирования траектории, введены блок формирования адреса микрокоманды, блок формирования адреса подобласти, арифметический блок, блок со769565 пряжения и блок фиксации состояний, первый выход которого подключен к первому входу блока формирования адреса микрокоманды, выход которого соединен с входом блока управления, первый выход которого подключен к первым входам блока сопряжения, блока фиксации состояний, блока формирования адреса подобласти, арифметического блока, блока отслеживания временных границ, блока отслеживания пространственных границ и блока формирования траектории соответственно, вход-выход блока сопряжения подключен ко входу-выходу устройства. Первый выход блока сопряжения соединен со вторыми входами арифметического блока блока формирования траектории, блока отслеживания пространственных границ, блока отслеживания временных границ и блока формирования адреса микрокоманды, третий вход которого подключен к выходу блока памяти. Второй блок блока памяти соединен со вторым выходом блока сопряжения, второй вход которого подключен к выходу блока памяти, третий вход которого соединен с выходом блока формирования адреса подобласти.

Второй вход последнего подключен к первым выходам блока формирования траекто,рии и блока отслеживания пространственных границ, третий вход которого соединен со вторым выходом блока формирования траектории, третий вход которого подключен к второму выходу блока фиксации состояний, второй и третий входы которого соединены со вторым выходом блока отслеживания пространственных границ и выходом блока отслеживания временных границ соответственно. Третий выход блока формирования траектории подключен к третьему входу арифметического блока, выход которого соединен с третьим входом блока сопряжения, четвертый вход которого подключен к первому выходу блока формирования траектории. Второй выход блока управления соединен с четвертым входом блока формирования адреса микрокоманды.

На чертеже приведена структурная схема устройства. Оно содержит блок 1 отслеживания пространственных границ, блок 2 отслеживания временных границ, блок 3 формирования траектории, блок 4 фиксации со-, стояний, блок 5 формирования адреса микрокоманды, блок б управления, блок памяти 7, арифметический блок 8, блок 9 формирования адреса подобласти, блок 10 сопряжения.

В блок 1 перед началом процесса моделирования в аналоговом виде задается информация о геометрии произвольной формы исследуемой области и ее подобластей, измеряемых двумя пространственными координатами, в цифровом виде задаются уставки слоев по третьей координате, а также уставки границ подобластей для моделиро10

65 вания диффузионного процесса по одной координате.

При моделировании диффузионных процессов блок 1 осуществляет отслеживание заданных пространственных границ.

В блок 2 задаются исходные данные о временных параметрах (границах) моделирования, и в процессе моделирования осуществляется отслеживание этих временных границ.

Блок 3 в соответствии с исходными данными формирует траекторию точки, случайным образом блуждающей в пространстве с шагом пропорциональным коэффициенту диффузии, Блок 4 принимает известительные сигналы от блоков 1 и 2, извещающих о пересечении точкой пространственных или временных границ исследуемой подобласти постоянства параметров, вырабатывает при этом сигнал останова для запрета формирования траектории, а также формирует код признака останова, который поступает в блок 5.

Блок 5 в соответствии с данными на ego входе формирует адрес микрокоманды, поступающий в блок 6. В блоке б считываются соответствующие микрокоманды, управляющие функционированием устройства в различных режимах моделирования диффузионных процессов, отработки граничных условий, а также обмена информацией с

ЦВМ.

Блок 7 осуществляет хранение начальных адресов массивов коэффициентов подобластей постоянства параметров, а также кодов признаков, определяющих поведение точки в исследуемой подобласти.

Блок 8 производит накопление правых частей решаемого уравнения от траектории диффузионного процесса.

Блок 9 в зависимости от режима процесса моделирования и вида задания исследуемой подобласти осуществляет идентификацию положения точки в пространстве с кодом подобласти при входе блуждающей точки в эту подобласть.

Блок 10 организует обмен информацией между ЦВМ и блоками устройства, выдачу на ЦВМ кодов состояния устройства и накопленной информации, которую необходимо выдать на ЦВМ при соответствующем коде состояния в процессе моделирования диффузионного процесса или после его окончания.

Устройство работает следующим образом.

От ЦВМ через вход-выход 11 и блок 10 сопряжения передается исходная числовая информация для моделирования диффузионного процесса. При этом начальные координаты точки, составляющие сноса и коэффициент диффузии заносятся в блок 3 формирования траектории; уставки слоев на третьей координате заносятся в блок 1 отслеживания пространственных границ; вре769565 менные параметры моделирования (временной интервал, время моделирования и время жизни точки, а также интенсивность времени моделирования и интенсивность времени жизни точки) поступают в блок 2 отслеживания временных границ; приращения правых частей решаемого уравнения от траектории моделируемого диффузионного процесса записываются в арифметический блок 8; код режима мо,челирования диффузионного процесса заносится в блок 5 формивования адвеса микрокоманд.

По окончании занесения исходной информации блок 10 сопряжения формирует сигнал запуска, который поступает в блок 5 формирования адвеса микрокоманд. Блок 5 в зависимости от кода режима мочелирования формирует адрес соответствующей микрокоманды, который поступает в блок 6 управления.

В блоке 6 считывается ко,ч миквокоманды, со.чержащий упвавляюшую часть и код условия перехоча. Код микрокоманчы в зависимости от режима мочелирования настраивает на ну>кттьтй режим работы и запускает блоки 3, 1, 2, 4 и 8.

В соответствии с принятой исхо,чной информацией и ко,чом i правлятотттего с. Iîâà микрокоман,чы блок 3 овганизует фовмивоваттие трает<тов и путем б,ч лкдаттття точки в исследуемой подобласти постоянства паваметров с шагом, пропорциональным коэффициенту диффузии и с учетом составляющих сноса.

Каждой подобласти постоянства параметров присвоен код, который определяется кодом цвета регулярной ячейки, кодом номера слоя или сочетанием указанных кодов. Код цвета характеризует исследуемую подобласть, заданную границами произвольной формы по первой и второй коов,чинатам, код вегулявной ячейки опведеляет почобласть, аппвоксимированную регулярной вешеткой по первой и BTQDoH коовдинатам, ко,ч номера слоя характеризует подобласть, гваницы котовой заданы уставка ттт слоев по третьей координате.

Помимо пространственных границ подобласть постоянства паваметров опведеляется также временными границами (гваницами ввеменного интеввала, временем моделирования и временем жизни точки).

Каждой подобласти постоянства параметров также присвоен коч признака, котовый определяет поведение блуждающей точки в данной подобласти и хранится в блоке 7.

Блок 1 отслеживает выход точки за пространственные границы по.чобласти постоянства параметров, блок 2 отслеживает временные границы.

При пересечении блуждающей точкой пространственных или ввеменных границ исследуемой подобласти блок 1 и или блок

2 формирует соответствующие сигналы. В первом случае блок 1 извещает блок 4 о

05 пересечении пространственных границ, что определяется изменением кода цвета, кода регулявной ячейки илн кода номера слоя.

Во втором случае соответствующий сигнал на выходе блока 2 указывает, что в процессе моделирования диффузионного процесса закончились временной интервал, время моделирования пли время жизни точки.

Эти сигналы запоминаются в блоке 4. При этом блок 4 вырабатывает спгнал, поступающий в блок 3 и запрещающий дальнейшее формирование траектории блуждания точки. Одновременно на выходе блока 4 в соответствии с сигналамп от блоков 1 и 2 формируется код признака останова, который поступает в блок 5.

В соответствии с кодом признака останова от блока 4, кодом режима моделирования, хранящимся в блоке 5, и кодом условия перехода, поступающим от блока 6, блок 5 формирует адрес следующей микрокоманды, поступающий в блок 6. В блоке 6 считываются микрокоманды, по которым в блоке 9 текущее положение блуждающей точки идентифицируется с кодом подобласти, в которую эта точка вошла. Идентификация производится путем формирования в зависимости от режима моделирования кода подобласти пз текущих кодов цвета, регулярной ячейки, координат и номера слоя.

По этому коду из блока 7 памяти считываются код признака граничных условий и адрес массива коэффициентов.

Код признака граничных условий определяет поведение блуждающей точки на границе новой подобласти, например, отражение, преломление, поглощение, продолжение бллкденття, изменение масштаба, переход в другое измерение и т. д.

Адрес массива коэффициентов является начальным адресом внептней памяти, в которой хранятся коэффициенты (исходные данные), характеризующие моделирование диффузионного процесса в новой подобласти.

В зависимости от режима моделирования и кода признака граничных условий, поступившего от блока 7, блок 5 формирует адрес соответствующей микрокоманды, которая считывается в блоке 6 и организует дальнейшую работу устройства.

Так при отражении блок 3 настраивается на режим работы, прп котором блуждающая точка до окончания IIIBI блуждания совершает движение в обратном направлении.

При преломлении блок 6 организует связь устройства с ЦВМ с целью выдачи на нее накопленной информации и получения новых исходных данных для продолжения процесса моделирования в новой подобласти. В этом случае на ЦВМ из блока 10 первым словом выдается информация, содержащая в себе код состояния устройства

769565

65 и код, указывающий, какая информация и в какой последовательности будет выдаваться на ЦВМ для дальнейшей обработки.

Среди выдаваемой на ЦВМ информации выдается также адрес массива коэффициентов, считанный из блока 7.

В свою очередь, ЦВМ через блок 10 выдает на блоки устройства коэффициенты, характеризующие моделирование диффузионного процесса в новой подобласти.

При выходе блуждающей точки на поглощающую границу процесс моделирования прекращается, и блок 6 организует выдачу накопленной информации на ЦВМ.

При признаке продолжения блуждания блок 6 организует работу блоков 1, 2, 3, 4, 8 без смены коэффициентов и изменения режима формирования траектории блуждения точки.

При признаке изменения масштаба блок

6 опганизует связь с ЦВМ. В этом случае на ЦВМ выдаются также текущие координаты точки для их пересчета и выдачи на устройство для организации моделирования диффузионного процесса в зоне, геометрия которой задана в другом масштабе.

Признак перехода в другое измерение означает, что блуждающая точка вошла в зону, участки которой заданы в другом геометрическом измерении, например в зону, заданную контуром малого диаметра с истоком или стоком высокой интенсивности, где моделирование осуществляется вдо",ü условного радиуса.

При этом в процессе обмена информацией с ЦВМ в блок 1 заносятся уставки границ подобластей, расположенных вдоль условного радиуса, начальная координата точки, коэффициент диффузии и другие параметры, необходимые для моделирования диффузионного процесса в зоне, заданной контуром малого диаметра.

В этом случае в блок 6 считывает соответствующую микрокоманду, которая управляет реализацией режима моделирования диффузионного процесса вдоль одной пространственной координаты.

При необходимости в коде моделирования диффузионного процесса оперативно изменить код признака граничных условий на границе подобласти от ЦВМ в блок 7 через блок 10 заносится новый (другой) ко ппизнака граничных условий. Это используется, например, при решении краевой задачи методом «сжатия области», при котором решение последовательно вычисляется в узлах приграничных ячеек, после чего этим ячейкам присваивается граничный признак.

Благодаря введенным блокам и связям между ними повысилась точность моделирования.

Формула изобретения

Устройство для моделирования диффузионных процессов, содержащее блок памя1О

25 зо

50 бо ти, первый вход которого подключен к первому выходу блока управления, блок отслеживания временных границ, блок отслеживания пространственных границ и блок формирования траектории, отл ич а ющ е е с я тем, что, с целью повышения точности работы, в него введены блок формирования адреса микрокоманды, блок формирования адреса подобласти, арифметический блок, блок сопряжения и блок фиксации состояний, первый выход которого подключен к первому входу блока формирования адреса микрокоманды, выход которого соединен с входом блока управления, первый выход которого подключен к первым входам блока сопряжения, блока фиксации состояний, блока формирования адреса подобласти, арифметического блока, блока отслеживания временных границ, блока отслеживания пространственных границ и блока формирования траектории, вход-выход блока сопряжения подключен ко входувыходу устройства первый выход блока сопряжения соединен со вторыми входами арифметического блока, блока формирования траектории, блока отслеживания пространственных границ, блока отслеживания временных границ и блока формирования адреса микрокоманды, третий вход которого подключен к выходу блока памяти, второй вход которого соединен со вторым выходом блока сопряжения, второй вход которого подключен к выходу блока памяти, третий вход которого соединен с выходом блока формирования адреса подобласти, второй вход которого подключен к первым выходам блока формирования траектории и блока отслеживания пространственных границ, третий вход которого соединен со вторым выходом блока формирования траектории, третий вход которого подключен к второму выходу блока фиксации состояний второй и третий входы которого соединены со вторым выходом блока отслеживания простпанственных границ и выходом блока отслеживанич временных границ соответственно, третий выход блока формирования траектории подключен к третьему входу арифметического блока, выход которого соединен с третьим входом блока соппяжения, четвептый вход которого подключен к первому выходч блока формирования траектории, второй выход блока уппавления соединен с четвертым входом блока формирования адреса микрокоманды.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидете.чьство СССР № 377808, кл. G 06G 7/48, 1971.

2, Авторское свидетельство СССР № 459783, кл. G 06G 7/48, 1973 (прототип).

769565

Составитель И. Дубинина

Техред И. Пенчко

Корректор А. Галахова

Редактор Л. Утехина

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 2401/7 Изд. № 493 Тираж 772 Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, OK-35, Раушская наб., д. 4!5