先进中子学栅格程序KYLIN-Ⅱ输运模块并行优化开发
发布时间：2021-08-02 07:08
先进中子学栅格程序KYLIN-Ⅱ的输运计算模块采用了特征线中子输运计算方法,其计算精度较高,可适用于反应堆中复杂的燃料组件,然而当网格规模、能群数、特征线数较大时,计算时间较长,计算效率较低,因此需对其进行并行优化,以提高计算效率。通过性能分析,发现特征线扫描和高阶散射源计算较为耗时。本文通过基于MPI的能群并行、E指数优化、角通量球谐函数展开等方法实现了并行优化。基准题验证表明,并行优化计算精度较高,E指数优化对特征线扫描效率提升较好,角通量球谐函数展开对高阶散射源计算效率提升较好。经过优化后的KYLIN-Ⅱ的输运计算模块加速效果显著,可满足工程使用需求。
【文章来源】：原子能科学技术. 2020,54(05)北大核心EICSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
AFA3G组件几何网格划分
由于输运模块完全通过外迭代驱动收敛,即取消了散射源内迭代,所有能群1次特征线扫描结束后同时更新散射源和裂变源,因此能群之间没有数据依赖,且各能群之间的计算量严格相等,可采用能群并行,并建立能群并行通信域,同时在高阶散射源更新过程中也涉及能群的循环,因此在特征线扫描和高阶散射源更新部分均应用MPI进行能群的并行,并行流程如图2所示,首先将宏观截面等数据从主CPU广播到其他CPU;然后进行任务分配,当核数等于能群数或核数被能群数整除时,将能群均分到核上,达到理想的负载均衡;特征线扫描完成后对网格标通量、通量矩以及粗网净中子流进行数据通信;GCMFD求解过程中调用PETSC函数库进行并行求解,求解结束后需对粗网格通量和粗网格源项进行数据通信。对特征线扫描部分进行性能分析,E指数(式(1))计算时间占比较高,约占特征线扫描时间的40%,因此本文对E指数进行优化,即在第1次计算时,将E指数进行存储,由于在特征线扫描过程中应用MPI并行模式对能群并行,E指数也将分能群存储,即每个CPU只存储当前分配能群的E指数,因此并行计算时不会有太大的内存消耗。
其中:a为问题长度;b为问题宽度;N为0～π/2区间方位角数目。表1所列为并行优化后的计算结果,由于其截面不含高阶散射,因此此基准题角通量球谐函数展开不起作用,其kinf计算结果小数点后前12位数与串行计算结果保持一致,说明本文的E指数优化和能群并行计算精度很高。应用E指数优化具有较高的计算效率,将特征线扫描速度提升75%。并行核数为7,加速比为6.37,并行的效率为90%,加E指数优化后的并行效率提升更好,较大减少了特征线扫描的时间,对闭循环特征线的扫描过程效率提升明显。
【参考文献】：
期刊论文
[1]微观燃耗方程求解方法研究与数值验证[J]. 郭凤晨,柴晓明,芦韡,马永强,涂晓兰. 核动力工程. 2018(S1)
[2]先进栅格中子学程序KYLIN-2输运计算基准验证[J]. 黄世恩,柴晓明,李向阳,陈长,尹强,芦韡,李庆. 核动力工程. 2018(02)
[3]KYCORE程序中子输运计算的改进[J]. 唐霄,李庆,柴晓明,涂晓兰,王侃. 核动力工程. 2017(S2)
[4]基于HDF5文件格式的KYLIN-2软件组件库[J]. 冯晋涛,芦韡,柴晓明,涂晓兰,尹强,陈定勇,刘远. 计算机应用. 2018(04)
[5]KYLIN-Ⅱ软件针对IAEA板元件基准题的数值验证[J]. 芦韡,尹强,陈定勇,柴晓明,涂晓兰. 核动力工程. 2017(04)
[6]中子学栅格程序KYLIN-II可视化图形建模方法研究和工具开发[J]. 涂晓兰,潘俊杰,柴晓明,吴文斌,陈树,尹强,芦韡. 核动力工程. 2017(03)
[7]MOC/SN耦合三维中子输运程序KYCORE开发与初步验证[J]. 唐霄,李庆,柴晓明,涂晓兰,王侃. 强激光与粒子束. 2017(03)
[8]先进中子学栅格程序KYLIN-2的开发与初步验证[J]. 柴晓明,涂晓兰,郭凤晨,尹强,黄世恩,芦韡,卢宗健,姚栋,李庆,吴文斌. 强激光与粒子束. 2017(01)
[9]先进中子学栅格程序KYLIN-2中特征线方法模块的开发与验证[J]. 柴晓明,涂晓兰,芦韡,卢宗健,姚栋,李庆,吴文斌. 核动力工程. 2016(04)
[10]子群法与特征线法结合的中子共振计算[J]. 黄世恩,王侃,姚栋. 原子能科学技术. 2010(10)
本文编号：3317131
【文章来源】：原子能科学技术. 2020,54(05)北大核心EICSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
AFA3G组件几何网格划分
由于输运模块完全通过外迭代驱动收敛,即取消了散射源内迭代,所有能群1次特征线扫描结束后同时更新散射源和裂变源,因此能群之间没有数据依赖,且各能群之间的计算量严格相等,可采用能群并行,并建立能群并行通信域,同时在高阶散射源更新过程中也涉及能群的循环,因此在特征线扫描和高阶散射源更新部分均应用MPI进行能群的并行,并行流程如图2所示,首先将宏观截面等数据从主CPU广播到其他CPU;然后进行任务分配,当核数等于能群数或核数被能群数整除时,将能群均分到核上,达到理想的负载均衡;特征线扫描完成后对网格标通量、通量矩以及粗网净中子流进行数据通信;GCMFD求解过程中调用PETSC函数库进行并行求解,求解结束后需对粗网格通量和粗网格源项进行数据通信。对特征线扫描部分进行性能分析,E指数(式(1))计算时间占比较高,约占特征线扫描时间的40%,因此本文对E指数进行优化,即在第1次计算时,将E指数进行存储,由于在特征线扫描过程中应用MPI并行模式对能群并行,E指数也将分能群存储,即每个CPU只存储当前分配能群的E指数,因此并行计算时不会有太大的内存消耗。
其中:a为问题长度;b为问题宽度;N为0～π/2区间方位角数目。表1所列为并行优化后的计算结果,由于其截面不含高阶散射,因此此基准题角通量球谐函数展开不起作用,其kinf计算结果小数点后前12位数与串行计算结果保持一致,说明本文的E指数优化和能群并行计算精度很高。应用E指数优化具有较高的计算效率,将特征线扫描速度提升75%。并行核数为7,加速比为6.37,并行的效率为90%,加E指数优化后的并行效率提升更好,较大减少了特征线扫描的时间,对闭循环特征线的扫描过程效率提升明显。
【参考文献】：
期刊论文
[1]微观燃耗方程求解方法研究与数值验证[J]. 郭凤晨,柴晓明,芦韡,马永强,涂晓兰. 核动力工程. 2018(S1)
[2]先进栅格中子学程序KYLIN-2输运计算基准验证[J]. 黄世恩,柴晓明,李向阳,陈长,尹强,芦韡,李庆. 核动力工程. 2018(02)
[3]KYCORE程序中子输运计算的改进[J]. 唐霄,李庆,柴晓明,涂晓兰,王侃. 核动力工程. 2017(S2)
[4]基于HDF5文件格式的KYLIN-2软件组件库[J]. 冯晋涛,芦韡,柴晓明,涂晓兰,尹强,陈定勇,刘远. 计算机应用. 2018(04)
[5]KYLIN-Ⅱ软件针对IAEA板元件基准题的数值验证[J]. 芦韡,尹强,陈定勇,柴晓明,涂晓兰. 核动力工程. 2017(04)
[6]中子学栅格程序KYLIN-II可视化图形建模方法研究和工具开发[J]. 涂晓兰,潘俊杰,柴晓明,吴文斌,陈树,尹强,芦韡. 核动力工程. 2017(03)
[7]MOC/SN耦合三维中子输运程序KYCORE开发与初步验证[J]. 唐霄,李庆,柴晓明,涂晓兰,王侃. 强激光与粒子束. 2017(03)
[8]先进中子学栅格程序KYLIN-2的开发与初步验证[J]. 柴晓明,涂晓兰,郭凤晨,尹强,黄世恩,芦韡,卢宗健,姚栋,李庆,吴文斌. 强激光与粒子束. 2017(01)
[9]先进中子学栅格程序KYLIN-2中特征线方法模块的开发与验证[J]. 柴晓明,涂晓兰,芦韡,卢宗健,姚栋,李庆,吴文斌. 核动力工程. 2016(04)
[10]子群法与特征线法结合的中子共振计算[J]. 黄世恩,王侃,姚栋. 原子能科学技术. 2010(10)
本文编号：3317131
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/hkxlw/3317131.html
