先進(jìn)中子學(xué)柵格程序KYLIN-Ⅱ的輸運(yùn)計(jì)算模塊采用了特征線中子輸運(yùn)計(jì)算方法,其計(jì)算精度較高,可適用于反應(yīng)堆中復(fù)雜的燃料組件,然而當(dāng)網(wǎng)格規(guī)模、能群數(shù)、特征線數(shù)較大時(shí),計(jì)算時(shí)間較長(zhǎng),計(jì)算效率較低,因此需對(duì)其進(jìn)行并行優(yōu)化,以提高計(jì)算效率。通過性能分析,發(fā)現(xiàn)特征線掃描和高階散射源計(jì)算較為耗時(shí)。本文通過基于MPI的能群并行、E指數(shù)優(yōu)化、角通量球諧函數(shù)展開等方法實(shí)現(xiàn)了并行優(yōu)化。基準(zhǔn)題驗(yàn)證表明,并行優(yōu)化計(jì)算精度較高,E指數(shù)優(yōu)化對(duì)特征線掃描效率提升較好,角通量球諧函數(shù)展開對(duì)高階散射源計(jì)算效率提升較好。經(jīng)過優(yōu)化后的KYLIN-Ⅱ的輸運(yùn)計(jì)算模塊加速效果顯著,可滿足工程使用需求。 

【文章來源】：原子能科學(xué)技術(shù). 2020,54(05)北大核心EICSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：7 頁(yè)

【部分圖文】：

AFA3G組件幾何網(wǎng)格劃分

由于輸運(yùn)模塊完全通過外迭代驅(qū)動(dòng)收斂,即取消了散射源內(nèi)迭代,所有能群1次特征線掃描結(jié)束后同時(shí)更新散射源和裂變?cè)?因此能群之間沒有數(shù)據(jù)依賴,且各能群之間的計(jì)算量嚴(yán)格相等,可采用能群并行,并建立能群并行通信域,同時(shí)在高階散射源更新過程中也涉及能群的循環(huán),因此在特征線掃描和高階散射源更新部分均應(yīng)用MPI進(jìn)行能群的并行,并行流程如圖2所示,首先將宏觀截面等數(shù)據(jù)從主CPU廣播到其他CPU;然后進(jìn)行任務(wù)分配,當(dāng)核數(shù)等于能群數(shù)或核數(shù)被能群數(shù)整除時(shí),將能群均分到核上,達(dá)到理想的負(fù)載均衡;特征線掃描完成后對(duì)網(wǎng)格標(biāo)通量、通量矩以及粗網(wǎng)凈中子流進(jìn)行數(shù)據(jù)通信;GCMFD求解過程中調(diào)用PETSC函數(shù)庫(kù)進(jìn)行并行求解,求解結(jié)束后需對(duì)粗網(wǎng)格通量和粗網(wǎng)格源項(xiàng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。對(duì)特征線掃描部分進(jìn)行性能分析,E指數(shù)(式(1))計(jì)算時(shí)間占比較高,約占特征線掃描時(shí)間的40%,因此本文對(duì)E指數(shù)進(jìn)行優(yōu)化,即在第1次計(jì)算時(shí),將E指數(shù)進(jìn)行存儲(chǔ),由于在特征線掃描過程中應(yīng)用MPI并行模式對(duì)能群并行,E指數(shù)也將分能群存儲(chǔ),即每個(gè)CPU只存儲(chǔ)當(dāng)前分配能群的E指數(shù),因此并行計(jì)算時(shí)不會(huì)有太大的內(nèi)存消耗。

其中:a為問題長(zhǎng)度;b為問題寬度;N為0～π/2區(qū)間方位角數(shù)目。表1所列為并行優(yōu)化后的計(jì)算結(jié)果,由于其截面不含高階散射,因此此基準(zhǔn)題角通量球諧函數(shù)展開不起作用,其kinf計(jì)算結(jié)果小數(shù)點(diǎn)后前12位數(shù)與串行計(jì)算結(jié)果保持一致,說明本文的E指數(shù)優(yōu)化和能群并行計(jì)算精度很高。應(yīng)用E指數(shù)優(yōu)化具有較高的計(jì)算效率,將特征線掃描速度提升75%。并行核數(shù)為7,加速比為6.37,并行的效率為90%,加E指數(shù)優(yōu)化后的并行效率提升更好,較大減少了特征線掃描的時(shí)間,對(duì)閉循環(huán)特征線的掃描過程效率提升明顯。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]微觀燃耗方程求解方法研究與數(shù)值驗(yàn)證[J]. 郭鳳晨,柴曉明,蘆韡,馬永強(qiáng),涂曉蘭.  核動(dòng)力工程. 2018(S1)
[2]先進(jìn)柵格中子學(xué)程序KYLIN-2輸運(yùn)計(jì)算基準(zhǔn)驗(yàn)證[J]. 黃世恩,柴曉明,李向陽(yáng),陳長(zhǎng),尹強(qiáng),蘆韡,李慶.  核動(dòng)力工程. 2018(02)
[3]KYCORE程序中子輸運(yùn)計(jì)算的改進(jìn)[J]. 唐霄,李慶,柴曉明,涂曉蘭,王侃.  核動(dòng)力工程. 2017(S2)
[4]基于HDF5文件格式的KYLIN-2軟件組件庫(kù)[J]. 馮晉濤,蘆韡,柴曉明,涂曉蘭,尹強(qiáng),陳定勇,劉遠(yuǎn).  計(jì)算機(jī)應(yīng)用. 2018(04)
[5]KYLIN-Ⅱ軟件針對(duì)IAEA板元件基準(zhǔn)題的數(shù)值驗(yàn)證[J]. 蘆韡,尹強(qiáng),陳定勇,柴曉明,涂曉蘭.  核動(dòng)力工程. 2017(04)
[6]中子學(xué)柵格程序KYLIN-II可視化圖形建模方法研究和工具開發(fā)[J]. 涂曉蘭,潘俊杰,柴曉明,吳文斌,陳樹,尹強(qiáng),蘆韡.  核動(dòng)力工程. 2017(03)
[7]MOC/SN耦合三維中子輸運(yùn)程序KYCORE開發(fā)與初步驗(yàn)證[J]. 唐霄,李慶,柴曉明,涂曉蘭,王侃.  強(qiáng)激光與粒子束. 2017(03)
[8]先進(jìn)中子學(xué)柵格程序KYLIN-2的開發(fā)與初步驗(yàn)證[J]. 柴曉明,涂曉蘭,郭鳳晨,尹強(qiáng),黃世恩,蘆韡,盧宗健,姚棟,李慶,吳文斌.  強(qiáng)激光與粒子束. 2017(01)
[9]先進(jìn)中子學(xué)柵格程序KYLIN-2中特征線方法模塊的開發(fā)與驗(yàn)證[J]. 柴曉明,涂曉蘭,蘆韡,盧宗健,姚棟,李慶,吳文斌.  核動(dòng)力工程. 2016(04)
[10]子群法與特征線法結(jié)合的中子共振計(jì)算[J]. 黃世恩,王侃,姚棟.  原子能科學(xué)技術(shù). 2010(10)



本文編號(hào)：3317131