EFEN-SP_3方法的加速与并行计算研究

针对EFEN-SP3方法用于全堆芯pin-by-pin计算的计算效率仍有待进一步提高的问题,本文研究了粗网加速方法和空间并行算法。其中,粗网加速方法以空间、角度和能群在粗网内的中子守恒关系为基础,通过求解考虑粗网不连续因子的粗网再平衡方程来实现迭代计算的加速;基于MPI的空间并行算法,通过设计合理的并行方案保证负载平衡和最小化通信量,以充分发挥并行CPU的计算和存储能力,在保证并行效率的前提下进一步提高程序的计算效率。商用核电站堆芯算例的数值结果表明:粗网加速的加速比约为40;空间并行可在40个核的情况下保持60%以上的并行效率;在采用粗网加速的48核(主频为2.40GHz)并行计算条件下,4群、空间网格为289×289×218的压水堆全堆芯pin-by-pin计算用时约为100s。

基于EFEN-SP_3方法的pin-by-pin中子动力学计算方法研究

为能直接给出安全分析所需的最热棒功率而不引入组件均匀化近似和精细功率重构近似,本文研究了基于栅元均匀化的pin-by-pin中子动力学计算方法。通过全隐式向后差分对多群时空中子动力学方程组的时间变量进行离散,采用指数函数展开节块-SP_3(EFEN-SP_3)方法求解含裂变介质的多群中子固定源方程组,通过高阶源展开技术消除了中子源分布与缓发中子先驱核分布形状不一致的问题。采用Ks因子、LW外推和粗网再平衡等加速技术提高计算效率。三维pin-by-pin中子动力学问题的数值结果表明:pin-by-pin中子动力学计算能直接给出单棒功率密度分布;高阶源展开技术可有效抑制计算偏差随时间步的累加效应;加速技术可将SP_3动力学计算的求解速度提高134.9倍。

基于EFEN-SP_3方法的高性能全堆芯Pin-by-pin计算研究

基于指数函数展开节块3阶简化球谐函数(EFEN-SP3)方法,通过采用基于标准消息传递界面(MPI)的空间并行算法实现高性能全堆芯Pin-by-pin计算,并开发了相应的程序EFEN。该程序通过合理设计区域划分方案以保证负载平衡并使通信次数最小化,充分发挥并行中央处理器(CPU)的计算和存储能力;通过选择红黑Gauss-Seidel节块扫描算法避免区域分解引起的迭代格式退化。参考实际商用堆的堆芯布置,设计2个压水堆(PWR)全堆芯Pin-by-pin算例,相应的数值结果表明:该程序计算结果的精度在可接受范围内;通信周期对计算精度和并行效率的影响都很小;子区域表面体积比较小的区域划分方式具有较高的并行效率;用125个CPU进行一次空间网格数为289×289×218、能群数为4的PWR全堆芯Pin-by-pin计算所需时间约为900 s,并行效率约为90%。