[发明专利]数值核反应堆多几何形状全堆芯子通道并行任务划分方法

说明书

本发明涉及一种数值核反应堆多几何形状全堆芯子通道并行任务划分方法，该方法对堆芯中的组件、燃料棒以及子通道建立全局索引，给定唯一编号，并建立组件‑燃料棒‑子通道之间的对应关系，然后子通道与子通道之间的连接关系映射成为一个无向图，以子通道为基本对象，将全局的子通道划分到各个计算单元上，划分到每个计算单元上的子通道形成划分域，并在空间上相邻的划分域之间建立ghost子通道区域。本发明将子通道并行任务划分问题转化为一个图划分问题，通过自适应的区域划分算法，可以使得并行热工水力模拟软件使用任意个数的MPI进程运行，并能够保证负载均衡与通信最小化。

技术领域

本发明属于核反应堆的热工水力模拟技术，具体涉及一种数值核反应堆多几何形状全堆芯子通道并行任务划分方法。

背景技术

在核反应堆的热工水力模拟中，子通道方法将燃料棒之间的区域假想为一个“子通道”，针对子通道进行建模，模拟分析子通道内的温度、流速等状态。由于子通道方法需要在燃料棒围成的子通道外加轴向分层的控制体上求解动量与能量方程并求解压力系数矩阵，对于全堆芯模拟来说，单机或小集群上难以满足这种计算能力与内存量的需求。因此，使用并行技术进行全堆芯热工水力模拟是一个必然且重要导向。一般地，我们对堆芯模拟区域以子通道为单位进行划分，分配到不同的计算单元上，进行并行的子通道模拟演算。其中任务划分是并行子通道模拟程序中的一个重要组成部分，在考虑组件、燃料棒、子通道、划分域之间的映射关系的同时，还需要重点考虑划分结果的负载均衡、对通信影响等问题。同时，由于不同种堆型的几何形状彼此间也不尽相同，给子通道任务划分与区域映射也带来了不小挑战。

发明内容

本发明的目的在于提供一种数值核反应堆全堆芯子通道并行任务划分方法，使之能够适应于不同几何形状的堆型的区域划分，并且，还可以进一步保证不同计算单元的负载均衡以及通信的低量化。

本发明的技术方案如下：一种数值核反应堆多几何形状全堆芯子通道并行任务划分方法，包括：

(1)对堆芯中的组件、燃料棒以及子通道建立全局索引，给定唯一编号，并建立组件-燃料棒-子通道之间的对应关系；

(2)将子通道与子通道之间的连接关系映射成为一个无向图；

(3)对所述无向图进行划分，将其划分为p个子图G_i(0≤i＜p)，每个子图所对应的子通道的集合构成一个划分域；对于每个划分域，在空间上与其相邻的划分域的部分子通道的集合构成该划分域的ghost子通道区域，划分应满足以下约束条件：

对于所有的子图G_i(0≤i＜p)，G_i非空；

对于所有的子图G_i(0≤i＜p)，G_i连通；

(4)将每个划分域对应的子通道分配到一个计算单元上。

进一步，如上所述的数值核反应堆多几何形状全堆芯子通道并行任务划分方法，步骤(1)中所述的组件-燃料棒-子通道之间的对应关系包括：各个组件中包含的燃料棒，哪几个燃料棒围成的子通道。

进一步，如上所述的数值核反应堆多几何形状全堆芯子通道并行任务划分方法，在步骤(2)所述的无向图中，子通道表示为图中的结点，如两个子通道在空间上相邻，则在图中加入连接对应的两个结点的一条边。

进一步，如上所述的数值核反应堆多几何形状全堆芯子通道并行任务划分方法，在步骤(3)中对所述无向图进行划分时，应兼顾如下两个原则：

a.各个子图的临接子图数量尽量少；

b.各个子图G_i(0≤i＜p)内的结点数负载尽量均衡。