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數值核反應堆熱工流體並行模擬技術/數值核反應堆技術與應用叢書

  • 作者：胡長軍|責編:范運年//王楠楠
  • 出版社：科學
  • ISBN：9787030675989
  • 出版日期：2022/03/01
  • 裝幀：平裝
  • 頁數：269
人民幣：RMB 138 元      售價：元
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內容大鋼
    本書是「數值核反應堆技術與應用」叢書的重要組成部分。核心內容是介紹基於超級電腦進行反應堆熱工流體模擬的核心技術，強調發揮超級電腦優勢，利用並行計算技術解決高保真、大規模模擬面臨的應用痛點問題，並充分反映高性能計算與反應堆熱工流體兩個學科緊密交叉的最新成果。首先綜述熱工流體計算模擬的研究現狀和典型成果，定量分析高保真模擬的計算資源和存儲資源需求，並簡要介紹典型國產超級電腦的系統結構和編程方法。然後詳細論述反應堆熱工流體模擬的兩種典型計算模型——子通道計算模型和基於計算流體力學的大渦模擬計算模型，論述自主研發的兩款軟體CVR-PASA、CVR-PACA的設計與實現技術，包括全堆芯建模、網格生成、區域分解、物理參數載入、並行求解器及其並行優化等核心技術，並給出一些典型算例。
    本書既可以供高性能計算和核科學技術領域的工程技術人員參考，也可作為超級電腦應用領域和核反應堆工程領域研究生的教材。
作者介紹
胡長軍|責編:范運年//王楠楠
    胡長軍，北京科技大學學術委員會委員、終身教授、博士生導師，智能超算融合應用技術教育部工程研究中心主任，電腦科學技術學科負責人。     長期從事電腦系統結構、高性能計算、大規模並行應用軟體開發工程、數值模擬大數據技術等領域的教學與科研工作，對高保真、大規模並行數值計算技術在典型工程領域的應用有系統、深入的研究。主持國家重點研發計劃、國家自然科學基金、國家重大科技基礎設施等項目10余項。獲省部級獎勵2項，擁有技術發明專利20余項，發表論文100余篇，出版專著3部。已培養博士研究生20多名，碩士研究生100余名。
目錄
「數值核反應堆技術與應用叢書」序
前言
第1章  緒論
  1.1  反應堆熱工流體模擬研究背景
  1.2  熱工流體模擬對超算資源的需求分析
  1.3  熱工流體並行模擬關鍵問題
  1.4  本書的結構
  參考文獻
第2章  熱工流體並行模擬研究綜述
  2.1  熱工流體並行模擬的計算需求與數值方法
    2.1.1  子通道模型計算需求
    2.1.2  CFD模型計算需求
    2.1.3  熱工流體模擬對超算的需求小結
  2.2  數值堆熱工流體並行模擬的研究進展
    2.2.1  國外數值堆熱工流體並行模擬研究
    2.2.2  國內數值堆熱工流體並行模擬研究
    2.2.3  典型熱工流體並行模擬軟體評述
  2.3  制約高保真熱工流體模擬的關鍵問題
  參考文獻
第3章  並行計算技術基礎
  3.1  並行計算基本理論
    3.1.1  什麼是並行計算
    3.1.2  並行環境下的電腦結構
    3.1.3  並行計算模型
  3.2  神威·太湖之光超算系統架構及編程方法
    3.2.1  神威·太湖之光超算系統架構
    3.2.2  神威·太湖之光超算Athread編程方法
  3.3  曙光超算系統架構及編程方法
    3.3.1  曙光超算系統架構
    3.3.2  曙光超算支持的HIP編程方法
  參考文獻
第4章  子通道並行模擬技術
  4.1  熱工流體子通道並行模擬主要問題
    4.1.1  串列模擬與並行模擬的區別
    4.1.2  全堆芯子通道建模
    4.1.3  並行演算法的設計
    4.1.4  並行計算求解
    4.1.5  模擬數據的管理
  4.2  CVR-PASA的軟體架構
  4.3  自動預處理程序的設計與實現
    4.3.1  概述
    4.3.2  程序功能及流程
    4.3.3  關鍵技術一：全堆芯子通道自動編號與映射技術
    4.3.4  關鍵技術二：幾何參數求解
    4.3.5  關鍵技術三：並行任務劃分技術
    4.3.6  自動預處理程序展示
  4.4  並行求解流程及其並行優化
    4.4.1  並行求解流程
    4.4.2  並行模式及通信策略
    4.4.3  並行優化策略

  4.5  資料庫
    4.5.1  使用資料庫管理模擬數據的需求
    4.5.2  資料庫的設計與實現
    4.5.3  資料庫結果展示
  4.6  算例應用
  參考文獻
第5章  熱工流體CFD並行模擬
  5.1  CFD計算模型
    5.1.1  流動控制方程
    5.1.2  湍流模擬
  5.2  N-S方程的離散方法
    5.2.1  偏微分方程及其數值解法
    5.2.2  有限差分法
    5.2.3  有限體積法
    5.2.4  有限元法
    5.2.5  譜元法
    5.2.6  對比總結
  5.3  熱工流體CFD模擬基本流程
    5.3.1  幾何建模
    5.3.2  網格生成
    5.3.3  區域分解
    5.3.4  邊界條件
    5.3.5  確定控制方程
    5.3.6  設置初始條件
    5.3.7  求解控制設置
    5.3.8  收斂判定
    5.3.9  后處理
  5.4  典型開源CFD軟體Nek
    5.4.1  軟體概況
    5.4.2  基本目錄結構
    5.4.3  使用方法
    5.4.4  代碼簡析
  參考文獻
第6章  基於譜元法CFD的大規模並行實現技術
  6.1  PACA：基於譜元法的大規模並行不可壓縮N-S方程求解器
    6.1.1  並行求解思路
    6.1.2  分解
    6.1.3  通信
    6.1.4  聚合
    6.1.5  映射
  6.2  大規模網格生成技術
    6.2.1  網格劃分概述
    6.2.2  快堆熱工流體並行模擬的網格劃分問題
    6.2.3  快堆高精細模擬網格劃分實例
    6.2.4  總結
  6.3  大規模網格並行區域分解及處理器映射技術
    6.3.1  區域分解技術概述
    6.3.2  區域分解常用方法
    6.3.3  PACA區域分解的技術需求
    6.3.4  PACA區域分解的技術實現

    6.3.5  優化性能結果
  6.4  PACA面向異構架構的並行優化技術
    6.4.1  PACA的計算核心及其優化挑戰
    6.4.2  PACA在「申威」異構架構上的移植與優化
  6.5  PACA應用實例
    6.5.1  基準算例
    6.5.2  自然循環算例
  參考文獻

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