數(shù)值核反應堆熱工流體并行模擬技術

目錄
“數(shù)值核反應堆技術與應用叢書”序
前言
第1章 緒論 1
1.1 反應堆熱工流體模擬研究背景 1
1.2 熱工流體模擬對超算資源的需求分析 2
1.3 熱工流體并行模擬關鍵問題 2
1.4 本書的結構 4
參考文獻 5
第2章 熱工流體并行模擬研究綜述 6
2.1 熱工流體并行模擬的計算需求與數(shù)值方法 6
2.1.1 子通道模型計算需求 6
2.1.2 CFD模型計算需求 11
2.1.3 熱工流體模擬對超算的需求小結 15
2.2 數(shù)值堆熱工流體并行模擬的研究進展 16
2.2.1 國外數(shù)值堆熱工流體并行模擬研究 16
2.2.2 國內數(shù)值堆熱工流體并行模擬研究 16
2.2.3 典型熱工流體并行模擬軟件評述 17
2.3 制約高保真熱工流體模擬的關鍵問題 24
參考文獻 25
第3章 并行計算技術基礎 28
3.1 并行計算基本理論 28
3.1.1 什么是并行計算 28
3.1.2 并行環(huán)境下的計算機結構 32
3.1.3 并行計算模型 35
3.2 神威 太湖之光超算系統(tǒng)架構及編程方法 38
3.2.1 神威 太湖之光超算系統(tǒng)架構 38
3.2.2 神威 太湖之光超算Athread編程方法 40
3.3 曙光超算系統(tǒng)架構及編程方法 44
3.3.1 曙光超算系統(tǒng)架構 44
3.3.2 曙光超算支持的HIP編程方法 47
參考文獻 49
第4章 子通道并行模擬技術 50
4.1 熱工流體子通道并行模擬主要問題 50
4.1.1 串行模擬與并行模擬的區(qū)別 50
4.1.2 全堆芯子通道建模 51
4.1.3 并行算法的設計 52
4.1.4 并行計算求解 52
4.1.5 模擬數(shù)據(jù)的管理 54
4.2 CVR-PASA的軟件架構 55
4.3 自動預處理程序的設計與實現(xiàn) 56
4.3.1 概述 56
4.3.2 程序功能及流程 59
4.3.3 關鍵技術一：全堆芯子通道自動編號與映射技術 61
4.3.4 關鍵技術二：幾何參數(shù)求解 91
4.3.5 關鍵技術三：并行任務劃分技術 102
4.3.6 自動預處理程序展示 111
4.4 并行求解流程及其并行優(yōu)化 114
4.4.1 并行求解流程 114
4.4.2 并行模式及通信策略 117
4.4.3 并行優(yōu)化策略 121
4.5 數(shù)據(jù)庫 123
4.5.1 使用數(shù)據(jù)庫管理模擬數(shù)據(jù)的需求 123
4.5.2 數(shù)據(jù)庫的設計與實現(xiàn) 124
4.5.3 數(shù)據(jù)庫結果展示 130
4.6 算例應用 133
參考文獻 139
第5章 熱工流體CFD并行模擬 140
5.1 CFD計算模型 140
5.1.1 流動控制方程 140
5.1.2 湍流模擬 142
5.2 N-S方程的離散方法 147
5.2.1 偏微分方程及其數(shù)值解法 147
5.2.2 有限差分法 151
5.2.3 有限體積法 154
5.2.4 有限元法 160
5.2.5 譜元法 167
5.2.6 對比總結 175
5.3 熱工流體CFD模擬基本流程 177
5.3.1 幾何建模 178
5.3.2 網格生成 179
5.3.3 區(qū)域分解 180
5.3.4 邊界條件 180
5.3.5 確定控制方程 181
5.3.6 設置初始條件 182
5.3.7 求解控制設置 182
5.3.8 收斂判定 183
5.3.9 后處理 184
5.4 典型開源CFD軟件Nek5000 184
5.4.1 軟件概況 184
5.4.2 基本目錄結構 187
5.4.3 使用方法 187
5.4.4 代碼簡析 192
參考文獻 198
第6章 基于譜元法CFD的大規(guī)模并行實現(xiàn)技術 199
6.1 PACA：基于譜元法的大規(guī)模并行不可壓縮N-S方程求解器 199
6.1.1 并行求解思路 199
6.1.2 分解 200
6.1.3 通信 202
6.1.4 聚合 207
6.1.5 映射 208
6.2 大規(guī)模網格生成技術 210
6.2.1 網格劃分概述 210
6.2.2 快堆熱工流體并行模擬的網格劃分問題 210
6.2.3 快堆高精細模擬網格劃分實例 212
6.2.4 總結 217
6.3 大規(guī)模網格并行區(qū)域分解及處理器映射技術 217
6.3.1 區(qū)域分解技術概述 217
6.3.2 區(qū)域分解常用方法 217
6.3.3 PACA區(qū)域分解的技術需求 223
6.3.4 PACA區(qū)域分解的技術實現(xiàn) 224
6.3.5 優(yōu)化性能結果 239
6.4 PACA面向異構架構的并行優(yōu)化技術 240
6.4.1 PACA的計算核心及其優(yōu)化挑戰(zhàn) 240
6.4.2 PACA在“申威”異構架構上的移植與優(yōu)化 246
6.5 PACA應用實例 263
6.5.1 基準算例 263
6.5.2 自然循環(huán)算例 265
參考文獻 269