三维特征线的并行方法研究

设计了基于角度并行的三维特征线的并行算法。同时,为提高并行效率,采用了角度预分组和射线组合的策略,使通信量达到最小,并应用到中子输运方程的三维特征线计算程序TCM中。数值结果表明：角度并行方法和串行方法的结果完全一致,在采用了通信优化和负载平衡策略后,并行效率得到了显著提高。     

提高三维特征线方法计算速度的初步研究

反应堆物理计算的发展要求进行三维复杂几何的输运计算,特征线方法可以满足这些要求,在实际中的应用中因收敛缓慢和计算时间过长而受到限制。本文结合现有数值加速手段和计算机硬件发展,提出双重广义粗网有限差分加速方法和角度分组的角度并行方法,并将这2种方法应用于三维特征线程序(TCM)中。通过多个基准题进行数值验证,计算结果表明方法在保证计算精度的前提下,可有效缩短原有程序的计算时间。     

异构并行的高阶散射特征线方法及其在临界实验装置模拟中的应用

在临界实验装置的物理计算中,由于较厚水反射层的存在,中子各向异性散射会对计算结果有重要影响。基于P1各向异性散射特征线方法(MOC),开发了能够处理各向异性散射的特征线输运计算程序,并实现了高阶散射特征线输运计算的高性能异构并行。为确认程序对临界实验装置的物理计算精度,本文选取LCT011临界实验基准进行堆芯物理计算,并与蒙特卡罗程序进行对比验证。各向异性源使得计算量与内存消耗均有显著增加,给异构系统带来较大的显存负担,因此本文进而对高阶散射输运求解器进行性能分析。数值结果表明：在高阶散射计算条件下,程序可达到蒙特卡罗程序的同等精度,且具有较高的计算效率。     

基于CPU-GPU异构并行的MOC中子输运计算并行效率优化研究

CPU-GPU异构系统为加速全堆芯特征线方法（MOC）精细计算提供了方法和思路。在实现基于CPU-GPU异构系统的二维MOC异构并行算法基础上,提出了性能分析模型,识别了影响异构并行算法并行效率的主要因素;针对识别到的性能影响因素,实现了输运计算与数据传递相互掩盖,提升了异构并行算法的整体并行效率。数值结果表明：程序具备良好的计算精度;数据传递（MPI通信和CPU与GPU之间的数据拷贝）是影响异构并行算法并行效率的主要因素;实现输运计算与数据传递相互掩盖后,程序性能和强并行效率均有所提升;5异构节点（包含20块GPU）并行时,程序整体效率提升达8%,强并行效率从87%提升到95%;相比CPU节点并行计算,4个CPU-GPU异构节点整体性能优于20个CPU节点。     

特征线方向概率方法与性能分析模型研究

为了进一步提高特征线方向概率方法(CDP)的计算效率,提出了一种角度相关的边界均匀化方法。提出CDP性能分析模型,显性地比较分析特征线方法(MOC)和CDP的计算效率。数值结果表明,所提模型正确,并显示出CDP在计算效率方面的优势。     

特征线几何预处理方法比较

网格划分、特征线间距、角度求积组、极角数目和方位角大小等几何预处理过程对特征线法的计算精度和计算效率有较大影响。基于步特征线法开发输运程序,通过数值计算验证所开发程序的正确性并分析两种特征线扫描方法(首尾相间循环扫描法、首尾相接循环扫描法)以及网格划分、特征线间距、角度求积组、极角数目、方位角大小对计算精度的影响。结果表明,开发的程序准确可靠;首尾相间循环扫描方法的收敛速度比首尾相接循环扫描方法慢。     

GPU加速三维特征线方法的研究

三维特征线方法可以精确求解任意几何堆芯的稳态多群中子输运方程,但同时也具有收敛慢、计算时间长的不足,需要研究相应的加速手段.图形处理器(GPU)计算由于具有速度快,能耗低的优点,被认为是未来高性能计算发展的方向之一.研究GPU计算加速三维特征线方法,并将其应用到三维特征线程序TCM中.借助统一计算设备架构(CUDA)的GPU计算,中央处理器(CPU)负责内存分配、有效增殖系数keff和源分布计算等逻辑性强或归约计算的处理,GPU执行特征线射线扫描细网求解细网通量.计算结果表明,经改写后的程序具有良好的加速效果.     

基于AutoCAD二次开发实现中子输运方程特征线法求解

在先进反应堆的组件设计计算中,特征线方法(MOC)是沿生成的特征线求解中子输运方程,理论上不受几何形状的限制,但需对组件进行几何描述和射线追踪等预处理,现有的MOC程序在几何预处理上实际还存在很多限制.为彻底消除特征线方法在几何方面的限制,借助AutoCAD二次开发功能来实现MOC方法的几何预处理.在此基础上开发了MOC程序AutoMOC,对各种问题的计算表明,程序不仅在几何处理上具有很高的灵活性,同时,其计算结果与MCNP等现有程序计算结果符合良好.     

基于二维特征线方法的模块化六角形几何预处理方法

本文采用模块化特征线跟踪的方法,借鉴矩形几何的处理方式,针对六角形几何开发了几何预处理算法,得到的几何信息为特征线计算提供前端输入。实际编程发现该方法耗时在ms级别,效率很高。同时扩展了对六角形阵列和组件的几何描述,针对该几何预处理方法,研究了对应的边界条件描述方法,为特征线计算程序的编写奠定了基础。     

NECP-X的多重并行策略及效率优化

特征线方法在应用于全堆芯三维输运计算时面临着计算时间长、内存需求量大的问题,而大规模并行是最有效的解决办法。我国超级计算机的快速发展使大规模并行计算逐渐成为可能,而如何发展相应的并行算法成为当务之急。本文基于数值反应堆物理计算程序NECP-X研究特征线方法的空间、角度和特征线多重并行策略。为实现高效并行,空间并行采用了区域分解的并行方式;为充分考虑角度并行的负载平衡,采用了“贪婪算法”角度区域分解算法;为节省内存和提高效率,应用并分析了共享式内存并行模式下动态调度的特征线并行方案。数值结果表明,NECP-X中的空间、角度和特征线并行效率较高,可充分利用并行资源,实现大规模并行。     

蒙特卡罗临界计算粒子并行动态负载均衡调权算法研究

本文针对蒙特卡罗临界计算,提出了一种具有动态负载平衡能力的粒子权重调节算法。该算法在每次源迭代初始,将模拟粒子总权重均分到每个进程上,在保证每个进程本地权重恒定的前提下,分别调节不同进程的粒子出生权重,实现了源迭代过程中进程间计算的动态负载平衡。与Master Slave、Nearest Neighbor等算法进行比对,发现此算法加速效果更好。将此算法集成到JMCT程序中,通过BEAVRS基准题测试了并行效率,相对于128进程,4 800进程弱可扩和强可扩展并行效率分别可达92.54%和81.47%。     

基于非均匀射线追踪的栅元模块化特征线方法研究

宏带方法是一种基于非均匀射线追踪的特征线方法。当系统几何结构复杂、不连续边界较多时,由该方法产生的特征线密度过大,计算量也急剧增加。为了克服该问题,提出了一种基于栅元模块化的非均匀射线追踪方法,以减小系统中宏带及特征线的总长度,进而减小计算量。对于栅元耦合边界处特征线的错位问题,引入了边界离散方法,避免了复杂的边界角通量插值计算。数值结果表明,基于非均匀射线追踪的栅元模块化特征线方法的计算效率和计算精度较高,能满足压水堆常见栅格中子输运计算的需求。     

基于OpenMP的中子输运方程特征线法并行计算研究

特征线法是目前求解反应堆中子输运方程的主要计算方法之一。本文开发了基于OpenMP的中子输运方程特征线法并行计算程序,以提高特征线法的计算效率。OpenMP是共享存储体系结构上的一个并行编程模型,采用Fork-Join并行执行方式,适合于SMP共享内存多处理系统和多核处理器体系结构。通过相关基准题测试验证,表明所开发的程序在有效增殖因数以及相对中子通量(归一化栅元功率)分布等参数上都能取得良好的精度,且使用OpenMP能取得良好的加速效果,使计算时间显著减少。     

解二维非平衡辐射输运方程的两种分裂网格数值方法

讨论非矩形网格辐射输运方程的数值解法。对任意四边形网格,给出两种分裂网格数值方法:特征线积分和子网格平衡方法。并给出矩形网格和任意四边形网格两种方法的数值计算例子,且与Sn菱形格式计算结果进行比较,对方法作出评价。     

适用于动态概率安全评价的故障树逻辑简化方法

对故障树进行逻辑简化将有效提高分析计算的速度。根据故障树结构特点,提出了基于贪心算法的故障树逻辑简化方法。该方法已编程实现,并采用实际系统的故障树进行了测试。实践证明,该方法可大幅度提高分析求解速度,同时,该方法所采取的贪心策略又可运用在故障树分析的其他方面。     

Applicability of Constant Flux Approximation in Method of Characteristics with Filtering to Tiny Regions

For the method of characteristic (MOC), a system with large-gradient neutron flux caused by a strong absorber or neutron leakage is reported to entail large errors in spatial mesh discretization and require very fine mesh spacing. To apply the MOC to such fine models, the ray-trace path width has to be fine in order to make many paths cross each region. Our new method intends to obtain good accuracy with a coarse path width. With a coarse path width on the MOC, some tiny regions have less ray-tracing paths. The reliability of flux calculation for the regions can be evaluated with the calculation volumes that are estimated in ray tracing. If the discrepancy between the calculation and true volumes becomes large, the accuracy cannot be expected. In this study, the discrepancies were numerically evaluated, and it is found that the discrepancies occur on a very tiny region. To make the flux calculation of such tiny regions more reliable, an approximation, in which the outgoing flux is equal to the incoming neutron, is applied instead of the usual MOC equation. The criteria switching on the approximation, which is called filtering, was numerically evaluated for PWR assemblies. The method is validated with numerical benchmark calculations.     

针对薄层结构物质的微焦点摆动式分层成像方法研究

对薄层结构的复合材料及多层电路板进行密度分布情况及分层成像的研究,是无损检测技术的一个重要应用领域,提出了一种新的成像方法,在现有微焦点X辐射成像系统的基础上,采用一种特殊的摆动式扫描方式,基于非线性的重建成像算法,具有扫描速度快,算法简单,实时性高等特点,适合于多层大面积复合材料以及多层电路板的快速成像检测。