基于GPU加速的三维堆芯物理程序STORK的开发与验证

基于小型多GPU计算平台,采用二维全堆逐层特征线方法(MOC)和三维逐棒(pin-by-pin)三阶简化球谐函数方法(SP3方法)相耦合的方式开发了堆芯三维输运中子学计算程序STORK。在方法论方面,首先通过对堆芯各轴向层的二维MOC输运计算在线产生栅元均匀化截面以及超级均匀化修正因子(SPH因子),然后采用SP3方法进行pin-by-pin三维堆芯计算。在程序开发方面,采用了CUDA、C++和Python的混合编程,且所有计算模块都基于CUDA/C++开发,并进行了大量的性能优化。通过对C5G7三维插棒基准题和VERA基准题的验证表明,与国际上同类中子学计算软件相比,基于CPU/GPU异构系统开发的STORK程序在计算效率和计算成本方面都具有明显优势。

反应率线性外推含钆燃料燃耗计算方法的改进

传统预估-校正方法(Predictor-Corrector Method,PC方法)在采用较大步长进行含钆燃料燃耗计算时会出现显著的误差。为此,日本学者提出了微观反应率线性外推方法(Projected Predictor-Corrector Method,PPC方法),获得明显的改进效果。本文从钆的微观反应率随核子密度变化关系出发,进一步在PPC方法的基础上,针对155Gd和157Gd这两种核素,采用了反应率对数线性外推的方法。针对含钆压水堆组件的比较结果表明,当采用的燃耗步长大于25 d时,本文方法优于PPC方法。

处理轴向三维非均匀效应的单组件均匀化模型

传统以两维单组件模型为基础的均匀化理论及后续的改进均匀化理论产生的粗网均匀化参数无法直接体现轻水堆(LWR)堆芯轴向所存在的非均匀性。本文提出了以单组件逐棒模型为基础的三维均匀化方法,为堆芯计算提供粗网均匀化参数,在维持堆芯粗网计算模型的前提下实现对三维效应的处理。基准数值实验表明,本文提出的方法具有较好的精度表现,适用于堆芯轴向三维非均匀性的处理。