吸收媒质中非线性超声场的并行计算仿真及其特性研究

摘要

和电磁场的数值计算仿真对于微波、通信等领域的重要作用一样，声场的计算仿真也是声学领域中一个重要研究内容。对于许多复杂情况而言，理论与实验手段难以进行，但可以利用计算机环境进行仿真计算得到数值结果。实际的人体组织是一个很复杂的环境，而不是均匀媒质，所以本文利用计算仿真手段来研究分层媒质中的声场特性。 本文在提高非线性超声场计算效率和对分层媒质中超声场的研究方面做了如下工作： 1、本文为了解决非线性超声场数值计算中计算时间长、存储空间大的问题，提出一种并行计算模型，将声场分解成若干子区域，利用数个PC机、计算机网络和MPI并行编程分别计算子区域声场并最终求出整个声场。对吸收媒质中非线性Bessel声场和Gauss声场进行计算仿真。计算仿真结果验证了该并行计算模型的有效性。 2、基于KZK方程，在频域提出了Bessel超声波在分层媒质中传播的理论模型，进行数值计算仿真，并采用并行计算提高算法效率。对分层媒质中的非线性超声场特性进行了研究。 本文除了对论文期间的工作进行论述，并给出了相应的结果和讨论，另外在最后还提出了进一步工作的建议和方向。

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文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1概述

1.2生物医学超声成像

1.3生物医学超声其他领域

1.4本文的内容安排

第二章 并行计算和KZK方程

2.1并行计算简介

2.2并行时域有限差分技术

2.2.1并行程序设计

2.2.2 MPI并行编程

2.3 KZK方程及其数值解法

2.4 Bessel声场和Gauss声场简介

2.4.1 Bessel声场简介

2.4.2 Bessel波皋本理论

2.4.2 Gauss声场的简介及基本理论

2.5本章小结

第三章 非线性声场的并行计算和仿真研究

引言

3.1非线性声学简介

3.2超声谐波理论基础

3.3基于KZK方程的非线性超声场的并行计算模型

3.4两个重要声场的仿真

3.4.1 Bessel声场

3.4.2 Gauss聚焦声场

3.4.3非线性声场并行计算仿真中的几个问题

3.5本章小结

第四章 分层媒质中的谐波声场的并行计算仿真研究

4.1声波在分层媒质中的非线性传播模型

4.2计算仿真结果及讨论

4.2.1计算仿真结果

4.2.2处理器个数对并行计算效率的影响

4.3本章小结

第五章 总结与期望

论文总结

工作展望

参考文献

附录

致谢

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