Введение к работе
Актуальность работы.
При проектировании ядерно-энергетических установок (ЯЭУ) возникает потребность в решении задач защиты от нейтронного и гамма излучения, задач определения радиационной нагрузки конструкций, а также задач на собственное значение для активных зон реакторов. Надежное решение этих задач требует использования всех достижений современной вычислительной техники.
Значительные размеры ЯЭУ требуют больших пространственных
сеток для адекватного описания уравнения переноса Больцмана в
конечно-разностном представлении. Зачастую, для решения
полномасштабных задач расчета радиационной нагрузки
конструкций, не хватает ресурсов обычных персональных ЭВМ. Мощные вычислительные машины, состоящие из нескольких тысяч процессоров, способных работать параллельно, позволяют решить эти задачи с необходимой высокой точностью.
Цель работы.
Основная цель диссертационной работы - создание
вычислительного инструмента, позволяющего решать уравнение переноса излучения в больших реакторных системах и способного использовать все доступные ресурсы вычислительных комплексов современной архитектуры.
Для достижения поставленной цели автор решил следующие задачи:
- разработал методику и создал программы для решения уравнения
переноса излучения на многопроцессорных компьютерах с
использованием параллельных вычислений;
— провел тестирование и исследование эффективности предложенной
методики.
Программы ориентированы на использование многопроцессорных ЭВМ, применяющих MPI стандарт для передачи данных, и не имеют ограничений на число процессоров, способных работать параллельно. Научная новизна и практическая ценность работы.
1. Разработана эффективная методика и алгоритмы для решения
многогрупповых задач переноса излучения с использованием
параллельных вычислительных комплексов.
2. Создан новый вычислительный инструмент (программы LUCKY и
LUCKYC), использующий архитектуру современных
вычислительных комплексов, позволяющий решать уравнение переноса излучения в больших реакторных системах без ограничения на число используемых процессоров.
Продемонстрирована высокая эффективность алгоритмов параллельных вычислений.
Выполнены верификационные исследования разработанных алгоритмов и программ.
5. Программа LUCKY применяется для решения практических задач
защиты от излучения в ЯЭУ и радиационной нагрузки конструкций.
Достоверность полученных результатов подтверждена
выполненными верификационными расчетами, результатами сравнений с данными реперных бенчмарк экспериментов.
Внедрение работы.
Программы LUCKY и LUCKYC прошли государственную регистрацию и применяются для решения ряда задач защиты в ЯЭУ, в том числе расчета радиационной нагрузки на корпус реактора ВВЭР.
Личный вклад автора.
Все результаты диссертации получены лично автором:
разработана методика для решения уравнения переноса излучения на основе параллельных вычислений;
разработаны эффективные алгоритмы для решения уравнения переноса излучения на многопроцессорных вычислительных системах, проведена оптимизация параллельного итерационного процесса;
- созданы программы LUCKY и LUCKYC, реализующие
разработанную методику;
- проведены верификационные исследования, подтверждающие
высокую эффективность и работоспособность предложенных
алгоритмов.
Создана оригинальная методика для решения многогруппового уравнения переноса Больцмана с использованием параллельных вычислений, основанная на принципах редукции задачи к простейшим подзадачам. Методика реализована в программах. Разбиение всей расчетной области на отдельные подобласти, представление подобластей в виде элементарных ячеек, в которых могут быть вычислены различными методами базовые решения для уравнения Больцмана, позволяет с меньшими временными затратами проводить итерационный процесс получения решения задачи. Предложенная
методика позволяет использовать без ограничения максимально доступные на данный момент ресурсы суперкомпьютеров (суперкомпьютер Академии Наук МВС-1000, используемое число процессоров 1000-3500), осуществляющих обмен данных на основе стандарта MPI с эффективностью параллельных вычислений от 45 до 9 %.
Структура работы.
Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, пяти приложений и списка литературы. Содержание работы изложено на 156 страницах. Список использованных источников включает 36 наименований.
Первая глава посвящена архитектуре суперкомпьютеров и параллельным процессам на суперкомпьютерах. Во второй главе представлен обзор трехмерных расчетных программ, позволяющих решать задачи защиты и критические задачи в ЯЭУ. Третья глава посвящена постановке задачи, балансным соотношениям и разработанной автором методике параллельных вычислений. В четвертой главе проводится обзор основных характеристик программ LUCKY и LUCKYC. В пятой главе даны результаты расчетов по программе LUCKY, сравнение с другими программами и экспериментальными данными. В заключении сделаны основные выводы на основе приведенных в диссертации материалов. На защиту выносятся.
1. Оригинальная методика для решения многогрупповых задач
переноса излучения с применением алгоритмов параллельных
вычислений.
2. Результаты исследования эффективности алгоритмов параллельных
вычислений.
3. Итерационные схемы решения многогрупповых задач для
параллельного алгоритма.
4. Программы LUCKY и LUCKYC для супер-ЭВМ, предназначенные
для решения задач переноса излучения в больших и геометрически
сложных системах в многогрупповом приближении по энергии.
5. Результаты верификационных исследований разработанных
алгоритмов и программ.
Реализация результатов.
Созданные программы успешно применяются для расчета защиты от излучения в ЯЭУ и радиационной нагрузки конструкций.
Апробация результатов работы и публикации с участием автора.
По теме диссертации автором опубликовано 4 статьи в журнале "Вопросы Атомной Науки и Техники" серия "Физика ядерных реакторов" и 4 доклада на международных конференциях. Программа LUCKY использовалась для проведения расчетов радиационной нагрузки на корпуса реактора ВВЭР-1000, в решении задач защиты ЯЭУ.
