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。     

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。     

确定论数值反应堆程序NECP-X的开发及应用

数值反应堆是基于大规模并行计算平台,利用先进的物理模型和数值模拟算法,采用精细化建模,从而精确模拟反应堆在正常运行与事故工况中发生的各类物理现象的模拟技术。西安交通大学NECP团队基于自研的多群和连续能量数据库,提出了全局 局部耦合输运计算方法、大规模并行的2D/1D耦合输运方法等,开发了基于确定论方法的数值反应堆物理程序NECP X,并在此基础上实现了物理 热工 燃料性能分析的多物理耦合模拟计算。基于该程序及其耦合系统,在商用大型压水堆、研究堆和实验堆中进行了验证应用。数值结果表明,NECP X程序及其耦合系统可准确预测反应堆在运行过程中的关键安全参数随时间的演变情况,如有效增殖因数、功率、温度、应力、间隙宽度等,可为商用大型压水堆、研究堆和研究堆的设计及安全分析提供可靠的工具。     

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。     

陆地宇宙射线的中子剂量测量与分析

本文基于多球中子谱仪的设计原理,加工单慢化球多计数器的中子测量探头,搭建多路测量装置,形成了以双球测量方式的少道解谱剂量估算模式,并对陆地宇宙射线的中子辐射场进行测试,得到哈尔滨地区中子所致年剂量约为78 μSv/a。与多球中子谱仪的测量结果相比,中子注量率和中子周围剂量当量率的双球测量结果的相对偏差分别小于3%和12%。     

三维并行首次碰撞源模块研制

为了解决首次碰撞源方法对于大规模网格计算效率低以及近源区存在较大计算误差的问题,研制了三维并行首次碰撞源模块。该模块采用区域分解方法实现三维首次碰撞源并行计算,利用自适应源区网格加密方法降低近源区的计算误差。计算结果表明,并行计算有效地提高了计算效率,140核并行计算时,并行效率可达66.89%,自适应源区网格加密方法很好地降低了近源区的计算误差。     

透射法测量输油管道油垢厚度响应关系的蒙特卡罗计算

为设计1种基于射线透射原理的石油输送管道油垢厚度无损检测仪，利用蒙特卡罗方法分别计算中子、γ射线在不同油垢厚度输油管道中的穿透率，建立油垢厚度与射线计数之间的响应关系。结果表明，中子、γ射线用于管道内油垢厚度的无损检测是可行的，且中子检测具有更好的检测灵敏度。      

大面积MRPC宇宙线缪子成像原型装置的研制

大面积位置灵敏探测器阵列是宇宙线缪子散射成像系统的关键部分。研发了适用于研制的73.6 cm×73.6 cm大面积二维读出位置灵敏MRPC探测器上的双精细复用读出电子学,构建了一个包括上下2组、每组各3块大面积MRPC的宇宙线缪子散射成像原型实验装置。该装置通过上下两块塑料闪烁体进行触发,实验数据经过处理后能重建缪子径迹,采用PoCA图像重建算法,获得了散射成像实验图像,结果与蒙特卡罗理论模拟结果相一致,为进一步研究宇宙线缪子成像物理机制、成像算法等提供了良好的实验平台。     

用高纯锗γ谱仪测量和分析连续γ射线能谱的方法

本文介绍了一种用高纯锗γ谱仪测量和分析连续γ射线能谱的方法。