积分变分输运节块法及快速求解算法研究

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为节约程序的计算时间,本文基于传统变分节块方法,提出改进PN角度离散方式的积分变分节块方法。节块方法程序主要由响应矩阵构造以及响应矩阵方程求解两部分组成。响应矩阵构造过程中涉及对各节块内部大规模矩阵的求逆,而逆矩阵求解时间与矩阵维度的立方成正比。积分方法在偶中子角通量密度离散时,将角度依赖关系隐式写入展开矩中,转换大维度矩阵求解为有限个小维度矩阵求解,从而有效降低程序的求解时间。当角度展开阶数较高时,响应矩阵方程求解中各展开矩维度非常大。本文将采用分块矩阵加速算法(Partitioned Matrix Algorithm),分解响应矩阵为高阶矩与低阶矩,低阶矩迭代求解方程至收敛,并采用高阶矩进行修正,减少响应矩阵方程的求解时间。由于节块方法中的响应矩阵构造以及响应矩阵方程求解具有可并行性,本文开发了基于MPI通信的并行算法。通过区域分解策略,将求解域划分为数个非重叠子区域,并分配给多个计算核心并行计算,降低积分方法总程序的计算时间。对于六角形堆芯问题,可利用60°周期性条件,将全堆芯转换为1/6堆芯,降低堆芯中所需求解的节块数目,降低积分方法程序计算时间。通过对矩形以及六角形节块几何基准题的计算,验证了传统变分节块方法与积分变分节块方法程序的正确性。矩形节块计算结果表明:相比于传统方法,在低阶角度展开时,积分变分节块方法具有更高的计算精度;当提高角度展开阶数,积分方法的时间开销远小于传统方法,展现出很好的计算精度与时间优势。当角度展开阶数为3、计算核心数目为105时,两种方法的总并行效率均达到90%左右,所实现的并行算法展现出了良好的并行性能。在六角形几何计算中,基于积分方法,将全堆芯几何简化为1/6堆芯问题,并实现程序的并行计算。结果表明:1/6堆芯能够在保证计算精度相同的前提下大大提升程序的计算效率;在并行计算核心数目为18时,相比于全堆芯串行计算,1/6堆芯在角度展开阶数为P1、P3和P5时,总的计算时间开销均可降低几十倍左右,实现了对六角形节块几何的快速求解。
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