●“數值核反應堆技術與應用”叢書序
前言
第1章 引言 1
1.1 數值堆研究背景 1
1.2 數值堆與高性能計算 3
1.3 中國數值堆CVR1.0 4
1.3.1 CVR 1.0組成與功能 4
1.3.2 CVR 1.0技術特點 5
第2章 數值堆研究綜述 7
2.1 美國數值堆研究 7
2.1.1 CASL項目 7
2.1.2 NEAMS項目 10
2.1.3 CESAR項目 13
2.2 歐盟數值堆研究 14
2.2.1 NURESIM繫列項目 14
2.2.2 “地平線2020原子能共同體”計劃 18
2.2.3 反應堆關鍵材料性能模擬研究 19
2.2.4 法國電力軟件集 22
2.2.5 中英合作INDE項目 22
2.3 中國數值堆的研究進展 23
2.4 本章小結 26
參考文獻 26
第3章 數值堆對超算資源的需求分析 28
3.1 中子輸運模擬的計算需求 28
3.1.1 特征線法計算流程 28
3.1.2 存儲量 34
3.1.3 計算量 35
3.1.4 理想高精細模擬 36
3.2 熱工流體的計算需求 37
3.2.1 子通道模型計算需求 38
3.2.2 CFD模型計算需求 43
3.3 結構材料多尺度模擬的計算需求 47
3.3.1 MD 48
3.3.2 KMC 50
3.3.3 團簇動力學 52
3.3.4 高精細模擬對超算的需求 56
3.4 燃料性能分析的計算需求 57
3.5 數值堆大數據的計算需求 59
參考文獻 61
第4章 數值堆高性能計算技術基礎 63
4.1 概述 63
4.1.1 高性能計算概述 63
4.1.2 超算發展路線 64
4.1.3 超算榜單 66
4.1.4 超算領域下一個角逐點：E級超算 67
4.2 國產典型超算架構 67
4.2.1 神威·太湖之光超算架構 68
4.2.2 天河繫列超算架構 70
4.2.3 曙光超算架構 73
4.3 並行計算基本理論 75
4.3.1 並行環境下的體繫結構 75
4.3.2 加速比性能模型相關概念 79
4.3.3 固定負載加速比性能模型——Amdahl定律 79
4.3.4 固定時間加速比性能模型——Gustafson定律 81
4.4 本章小結 81
參考文獻 82
第5章 CVR數值堆數學物理建模技術 83
5.1 中子物理 83
5.1.1 特征線法 84
5.1.2 堆芯幾何預處理 90
5.1.3 射線追蹤原理 93
5.2 熱工流體計算模型 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 多尺度建模技術簡介 121
5.3.2 結構材料多尺度建模 122
5.3.3 原子尺度：MD 124
5.3.4 原子尺度：KMC 127
5.3.5 介觀尺度：團簇動力學 131
5.4 燃料性能分析 138
5.4.1 中子物理模塊 139
5.4.2 溫度模塊 141
5.4.3 力學模塊 143
5.4.4 裂變氣體釋放模塊 145
5.4.5 內壓模塊 145
5.4.6 包殼腐蝕模塊 146
5.4.7 多棒性能分析 146
5.5 本章小結 146
參考文獻 147
第6章 數值堆並行優化技術 151
6.1 CVR1.0材料輻照效應多尺度數值模擬並行優化技術 151
6.1.1 材料輻照損傷數值模擬並行優化概述 151
6.1.2 KMC並行算法優化 153
6.1.3 實驗與性能分析 158
6.2 面向堆芯中子輸運計算的內外層嵌套並行優化技術 160
6.2.1 中子輸運特征線法與問題 160
6.2.2 特征線並行方法 160
6.3 面向堆內熱工流體計算的並行優化技術 161
6.3.法求解方法與問題 161
6.3.法並行方法 162
6.3.3 實驗與性能分析 164
6.4 本章小結 166
參考文獻 167
第7章 數值堆多物理耦合模擬關鍵技術 169
7.1 多物理耦合的關鍵問題 169
7.1.1 松耦合與緊耦合 169
7.1.2 多物理耦合的網格映射 173
7.1.3 網格映射方式 173
7.1.4 數據交換 174
7.2 CVR1.0多物理耦合技術 174
7.2.1 流-熱繫統耦合 174
7.2.2 流-固繫統耦合 179
7.3 本章小結 183
參考文獻 184
第8章 數值堆軟件的驗證與確認技術 186
8.1 V&V過程及其關鍵問題 186
8.1.1 代碼驗證及其關鍵技術 188
8.1.2 解驗證及其關鍵技術 190
8.1.3 確認技術及其關鍵技術 191
8.1.4 數值堆的V&V流程 192
8.2 驗證技術及應用 193
8.2.1 算例測試 194
8.2.2 蛻變測試 195
8.2.3 精度修復 199
參考文獻 201
第9章 數值堆大數據和人工智能技術 202
9.1 數值堆大數據概念及特點 202
9.2 超算、人工智能、大數據在數值堆中的融合應用 205
9.2.1 數值堆研究相關的智能技術 205
9.2.2 超算、人工智能、大數據融合應用框架 207
9.2.3 數值堆領域的SC+BD+AI融合框架 208
9.3 金屬燃料輻照損傷行為的SC+BD+AI智能化預測 209
9.3.1 金屬燃料智能化耦合模擬預測平臺 209
9.3.2 SC+BD+AI融合的金屬燃料輻照損傷行為的智能化分析路線 211
9.4 本章小結 212
參考文獻 212
第10章 CVR1.0典型軟件繫統的設計與實現 213
10.1 三維特征線中子輸運模擬軟件的設計與實現 213
10.1.1 ANT-MOC預處理 213
10.1.2 三維射線追蹤實現 217
10.1.3 並行算法實現 225
10.1.4 算例 230
10.2 CVR1.0熱工流體模擬繫統的實現與應用 235
10.2.1 CVR-PASA：壓水堆子通道熱工流體模擬繫統的實現 235
10.2.2 CVR-PACA：法的熱工流體模擬繫統的實現 246
10.2.3 算例 253
10.3 本章小結 258
參考文獻 258

《數值核反應堆技術》介紹了我國自主研發的數值核反應堆原型繫統CVR1.0的核心技術，包括數學物理建模、大規模並行算法與優化、軟件實現及驗證等。《數值核反應堆技術》內容充分反映了高性能計算與核反應堆技術緊密交叉的近期新成果，並和歐美同類研究對標，具有前沿性。第1、2章綜述數值核反應堆研究的現狀和典型成果。第3章定量分析反應堆主要物理過程高保真數值模擬對計算資源和存儲資源的需求。第4章介紹我國典型超級計算機的繫統結構和編程技術。第5～10章介紹CVR1.0的關鍵核心技術、大規模並行軟件繫統的實現技術及具體算例。