本书介绍了我国自主研发的数值核反应堆原型系统CVR1.0的核心技术，包括数学物理建模、大规模并行算法与优化、软件实现及验证等。本书内容充分反映了高性能计算与核反应堆技术紧密交叉的最新成果，并和欧美同类研究对标，具有前沿性。第1、2章综述数值核反应堆研究的现状和典型成果。第3章定量分析反应堆主要物理过程高保真数值模拟对计算资源和存储资源的需求。第4章介绍我国典型超级计算机的系统结构和编程技术。第5～10章介绍CVR1.0的关键核心技术、大规模并行软件系统的实现技术及具体算例。
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“数值核反应堆技术与应用”丛书序
前言
第1章 引言 1
1.1 数值堆研究背景 1
1.2 数值堆与高性能计算 3
1.3 中国数值堆CVR1.0 4
1.3.1 CVR 1.0组成与功能 4
1.3.2 CVR 1.0技术特点 5
第2章 数值堆研究综述 7
2.1 美国数值堆研究 7
2.1.1 CASL项目 7
2.1.2 NEAMS项目 10
2.1.3 CESAR项目 13
2.2 欧盟数值堆研究 14
2.2.1 NURESIM系列项目 14
2.2.2 “地平线2020原子能共同体”计划 18
2.2.3 反应堆关键材料性能模拟研究 19
2.2.4 法国电力软件集 22
2.2.5 中英合作INDE项目 22
2.3 中国数值堆的研究进展 23
2.4 本章小结 26
参考文献 26
第3章 数值堆对超算资源的需求分析 28
3.1 中子输运模拟的计算需求 28
3.1.1 特征线法计算流程 28
3.1.2 存储量 34
3.1.3 计算量 35
3.1.4 理想高精细模拟 36
3.2 热工流体的计算需求 37
3.2.1 子通道模型计算需求 38
3.2.2 CFD模型计算需求 43
3.3 结构材料多尺度模拟的计算需求 47
3.3.1 MD 48
3.3.2 KMC 50
3.3.3 团簇动力学 52
3.3.4 高精细模拟对超算的需求 56
3.4 燃料性能分析的计算需求 57
3.5 数值堆大数据的计算需求 59
参考文献 61
第4章 数值堆高性能计算技术基础 63
4.1 概述 63
4.1.1 高性能计算概述 63
4.1.2 超算发展路线 64
4.1.3 超算榜单 66
4.1.4 超算领域下一个角逐点：E级超算 67
4.2 国产典型超算架构 67
4.2.1 神威·太湖之光超算架构 68
4.2.2 天河系列超算架构 70
4.2.3 曙光超算架构 73
4.3 并行计算基本理论 75
4.3.1 并行环境下的体系结构 75
4.3.2 加速比性能模型相关概念 79
4.3.3 固定负载加速比性能模型——Amdahl定律 79
4.3.4 固定时间加速比性能模型——Gustafson定律 81
4.4 本章小结 81
参考文献 82
第5章 CVR数值堆数学物理建模技术 83
5.1 中子物理 83
5.1.1 特征线法 84
5.1.2 堆芯几何预处理 90
5.1.3 射线追踪原理 93
5.2 热工流体计算模型 101
5.2.1 子通道模型 102
5.2.2 CFD模型 113
5.3 核材料多尺度建模 121
5.3.1 多尺度建模技术简介 121
5.3.2 结构材料多尺度建模 122
5.3.3 原子尺度：MD 124
5.3.4 原子尺度：KMC 127
5.3.5 介观尺度：团簇动力学 131
5.4 燃料性能分析 138
5.4.1 中子物理模块 139
5.4.2 温度模块 141
5.4.3 力学模块 143
5.4.4 裂变气体释放模块 145
5.4.5 内压模块 145
5.4.6 包壳腐蚀模块 146
5.4.7 多棒性能分析 146
5.5 本章小结 146
参考文献 147
第6章 数值堆并行优化技术 151
6.1 CVR1.0材料辐照效应多尺度数值模拟并行优化技术 151
6.1.1 材料辐照损伤数值模拟并行优化概述 151
6.1.2 KMC并行算法优化 153
6.1.3 实验与性能分析 158
6.2 面向堆芯中子输运计算的内外层嵌套并行优化技术 160
6.2.1 中子输运特征线法与问题 160
6.2.2 特征线并行方法 160
6.3 面向堆内热工流体计算的并行优化技术 161
6.3.1 谱元法求解方法与问题 161
6.3.2 谱元法并行方法 162
6.3.3 实验与性能分析 164
6.4 本章小结 166
参考文献 167
第7章 数值堆多物理耦合模拟关键技术 169
7.1 多物理耦合的关键问题 169
7.1.1 松耦合与紧耦合 169
7.1.2 多物理耦合的网格映射 173
7.1.3 网格映射方式 173
7.1.4 数据交换 174
7.2 CVR1.0多物理耦合技术 174
7.2.1 流-热系统耦合 174
7.2.2 流-固系统耦合 179
7.3 本章小结 183
参考文献 184
第8章 数值堆软件的验证与确认技术 186
8.1 V&V过程及其关键问题 186
8.1.1 代码验证及其关键技术 188
8.1.2 解验证及其关键技术 190
8.1.3 确认技术及其关键技术 191
8.1.4 数值堆的V&V流程 192
8.2 验证技术及应用 193
8.2.1 算例测试 194
8.2.2 蜕变测试 195
8.2.3 精度修复 199
参考文献 201
第9章 数值堆大数据和人工智能技术 202
9.1 数值堆大数据概念及特点 202
9.2 超算、人工智能、大数据在数值堆中的融合应用 205
9.2.1 数值堆研究相关的智能技术 205
9.2.2 超算、人工智能、大数据融合应用框架 207
9.2.3 数值堆领域的SC+BD+AI融合框架 208
9.3 金属燃料辐照损伤行为的SC+BD+AI智能化预测 209
9.3.1 金属燃料智能化耦合模拟预测平台 209
9.3.2 SC+BD+AI融合的金属燃料辐照损伤行为的智能化分析路线 211
9.4 本章小结 212
参考文献 212
第10章 CVR1.0典型软件系统的设计与实现 213
10.1 三维特征线中子输运模拟软件的设计与实现 213
10.1.1 ANT-MOC预处理 213
10.1.2 三维射线追踪实现 217
10.1.3 并行算法实现 225
10.1.4 算例 230
10.2 CVR1.0热工流体模拟系统的实现与应用 235
10.2.1 CVR-PASA：压水堆子通道热工流体模拟系统的实现 235
10.2.2 CVR-PACA：基于谱元法的热工流体模拟系统的实现 246
10.2.3 算例 253
10.3 本章小结 258
参考文献 258
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