數(shù)值核反應(yīng)堆熱工流體并行模擬技術(shù)

目錄
“數(shù)值核反應(yīng)堆技術(shù)與應(yīng)用叢書”序
前言
第1章 緒論 1
1.1 反應(yīng)堆熱工流體模擬研究背景 1
1.2 熱工流體模擬對(duì)超算資源的需求分析 2
1.3 熱工流體并行模擬關(guān)鍵問題 2
1.4 本書的結(jié)構(gòu) 4
參考文獻(xiàn) 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(jì)算需求與數(shù)值方法 6
2.1.1 子通道模型計(jì)算需求 6
2.1.2 CFD模型計(jì)算需求 11
2.1.3 熱工流體模擬對(duì)超算的需求小結(jié) 15
2.2 數(shù)值堆熱工流體并行模擬的研究進(jìn)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(nèi)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(píng)述 17
2.3 制約高保真熱工流體模擬的關(guān)鍵問題 24
參考文獻(xiàn) 25
第3章 并行計(jì)算技術(shù)基礎(chǔ) 28
3.1 并行計(jì)算基本理論 28
3.1.1 什么是并行計(jì)算 28
3.1.2 并行環(huán)境下的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu) 32
3.1.3 并行計(jì)算模型 35
3.2 神威 太湖之光超算系統(tǒng)架構(gòu)及編程方法 38
3.2.1 神威 太湖之光超算系統(tǒng)架構(gòu) 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(gòu)及編程方法 44
3.3.1 曙光超算系統(tǒng)架構(gòu) 44
3.3.2 曙光超算支持的HIP編程方法 47
參考文獻(xiàn) 49
第4章 子通道并行模擬技術(shù) 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(shè)計(jì) 52
4.1.4 并行計(jì)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(gòu) 55
4.3 自動(dòng)預(yù)處理程序的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 56
4.3.1 概述 56
4.3.2 程序功能及流程 59
4.3.3 關(guān)鍵技術(shù)一：全堆芯子通道自動(dòng)編號(hào)與映射技術(shù) 61
4.3.4 關(guān)鍵技術(shù)二：幾何參數(shù)求解 91
4.3.5 關(guān)鍵技術(shù)三：并行任務(wù)劃分技術(shù) 102
4.3.6 自動(dòng)預(yù)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(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 124
4.5.3 數(shù)據(jù)庫結(jié)果展示 130
4.6 算例應(yīng)用 133
參考文獻(xiàn) 139
第5章 熱工流體CFD并行模擬 140
5.1 CFD計(jì)算模型 140
5.1.1 流動(dòng)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(duì)比總結(jié) 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(wǎng)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(shè)置初始條件 182
5.3.7 求解控制設(shè)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(jié)構(gòu) 187
5.4.3 使用方法 187
5.4.4 代碼簡析 192
參考文獻(xiàn) 198
第6章 基于譜元法CFD的大規(guī)模并行實(shí)現(xiàn)技術(shù) 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(wǎng)格生成技術(shù) 210
6.2.1 網(wǎng)格劃分概述 210
6.2.2 快堆熱工流體并行模擬的網(wǎng)格劃分問題 210
6.2.3 快堆高精細(xì)模擬網(wǎng)格劃分實(shí)例 212
6.2.4 總結(jié) 217
6.3 大規(guī)模網(wǎng)格并行區(qū)域分解及處理器映射技術(shù) 217
6.3.1 區(qū)域分解技術(shù)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(shù)需求 223
6.3.4 PACA區(qū)域分解的技術(shù)實(shí)現(xiàn) 224
6.3.5 優(yōu)化性能結(jié)果 239
6.4 PACA面向異構(gòu)架構(gòu)的并行優(yōu)化技術(shù) 240
6.4.1 PACA的計(jì)算核心及其優(yōu)化挑戰(zhàn) 240
6.4.2 PACA在“申威”異構(gòu)架構(gòu)上的移植與優(yōu)化 246
6.5 PACA應(yīng)用實(shí)例 263
6.5.1 基準(zhǔn)算例 263
6.5.2 自然循環(huán)算例 265
參考文獻(xiàn) 269