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发挥国家自然科学基金源头支撑作用的实践探索--以中物院软件中心为例

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办公室业务 2024年第6期 147-149页

作者：赵媛朱景焕于翠影中物院高性能数值模拟软件中心北京应用物理与计算数学研究所

从重大应用需求中凝练科学问题,有效发挥国家自然科学基金(以下简称“科学基金”)源头支撑作用,服务国家创新驱动发展,是新时期科学基金的发展思路之一。文章介绍了中物院高性能数值模拟软件中心(以下简称“软件中心”)落实这一发展思... 详细信息

从重大应用需求中凝练科学问题,有效发挥国家自然科学基金(以下简称“科学基金”)源头支撑作用,服务国家创新驱动发展,是新时期科学基金的发展思路之一。文章介绍了中物院高性能数值模拟软件中心(以下简称“软件中心”)落实这一发展思路的实践经验。该中心作为科学基金项目依托单位面向国家重大需求,充分发挥需求牵引的独特优势,积极探索科学基金管理机制,坚持以问题为导向,深入提炼科学问题,加强应用基础研究,培养了科技创新人才,发挥了科学基金在满足国家重大应用需求的源头支撑作用。

关键词：重大应用问题导向科学基金管理机制源头支撑

基于领域分析的结构线性静力软件串并行一致化方法

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计算机科学 2024年

作者：唐德泓杨浩文龙飞徐正秋四川中锐信息技术有限公司中物院高性能数值模拟软件中心北京应用物理与计算数学研究所

并行CAE软件的计算结果串并行一致性是其计算结果可信的必要条件。然而，软件研发时常引入串并行不一致缺陷，其形式众多，现象相互耦合，散布于海量代码中，成为实现CAE软件串并行一致性的挑战。本文以结构线性静力软件的串并行一致性... 详细信息

并行CAE软件的计算结果串并行一致性是其计算结果可信的必要条件。然而，软件研发时常引入串并行不一致缺陷，其形式众多，现象相互耦合，散布于海量代码中，成为实现CAE软件串并行一致性的挑战。本文以结构线性静力软件的串并行一致性需求为切入点，针对现有的“专家知识法”与“缺陷定位法”应用于CAE软件串并行一致化时存在的粒度粗、准度差、成本高与缺乏系统性问题，引入领域分析方法，并与专家知识和数据流状态比对结合，提出了一种适用于结构线性静力的串并行一致化方法，实现了结构线性静力软件串并行不一致缺陷的细粒度、高准度与低成本系统性识别与修复。基于前述方法形成相关工具，并将方法与工具应用于SSTA的串并行一致化，识别并修复其中8处串并行不一致缺陷，使其通过90余真实模型的串并行一致考核，并实现串并行结果严格一致；同时，该方法与工具还将串并行不一致缺陷定位耗时由平均大于两人天降低至数人时。

关键词：串并行一致化结构线性静力软件串行代码并行化领域分析缺陷定位

任意温度下H_2O中H中子热散射律数据研制

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核动力工程 2017年第3期38卷 34-37页

作者：胡泽华王佳师学明邓力孙伟力北京应用物理与计算数学研究所北京100094 中物院高性能数值模拟软件中心北京100088

轻水反应堆堆芯模拟计算需在较宽的温度范围内进行,热中子能区(4eV以下)H_2O中H的热散射律数据对计算有很重要的影响。目前主流基础评价核数据库中,H_2O中H的热散射律数据均在有限的几个温度点上给出,因此计算只能在这些温度下精确进行... 详细信息

轻水反应堆堆芯模拟计算需在较宽的温度范围内进行,热中子能区(4eV以下)H_2O中H的热散射律数据对计算有很重要的影响。目前主流基础评价核数据库中,H_2O中H的热散射律数据均在有限的几个温度点上给出,因此计算只能在这些温度下精确进行。为提高轻水反应堆模拟计算的可靠性,基于IKE热中子散射模型,给出了293.6~1000 K范围内任意温度下H_2O中H的热散射律数据的计算方法,并制作了系列H_2O中H的温度间隔为10 K的热散射律数据。利用制作的热散射数据和MC输运计算程序,模拟分析HMF004基准实验和VENUS3轻水反应堆在不同慢化剂温度下的有效增殖因数(keff)。计算结果符合物理规律,验证了H_2O中H的热散射数据的制作是正确的。

关键词：热散射律 H2O中H 评价核数据有效增殖因数keff 慢化剂温度

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点探测器敏感性关联抽样计算方法

原子能科学技术 2024年第3期58卷 638-644页

作者：李瑞付元光邓力许海波中物院高性能数值模拟软件中心北京100088 北京应用物理与计算数学研究所北京100094

为避免点探测器敏感性计算中随机统计涨落的影响,研究了在蒙特卡罗关联抽样算法框架下,点探测器敏感性的计算方法。在算法中考虑了输运过程偏倚以及存在次级粒子的情况,给出了输运扰动权乘子与计数扰动权乘子的更新方案。针对点探测器... 详细信息

为避免点探测器敏感性计算中随机统计涨落的影响,研究了在蒙特卡罗关联抽样算法框架下,点探测器敏感性的计算方法。在算法中考虑了输运过程偏倚以及存在次级粒子的情况,给出了输运扰动权乘子与计数扰动权乘子的更新方案。针对点探测器敏感性中次级粒子的模拟特点,引入了单因素扰动系统,并基于粒子扩展属性实现了对单因素扰动系统微扰的模拟,从而避免了对次级粒子历史进行回溯。利用脉冲球形实验装置,测试了散射截面扰动下点探测器的敏感性计算功能,并与微分算符方法的计算结果进行了比较,以验证其计算精度。利用NUREG/CR-6115屏蔽基准题测试了权重技巧下算法的适用性。测试表明,算法与微分算符方法计算精度相当,并适用于屏蔽问题点探测器敏感性模拟。

关键词：点探测器敏感性关联抽样蒙特卡罗

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高性能计算在目标电磁散射特性分析中的应用

电波科学学报 2019年第1期34卷 3-11页

作者：刘阳周海京郑宇腾陈晓洁王卫杰鲍献丰李瀚宇北京应用物理与计算数学研究所北京100094 中物院高性能数值模拟软件中心北京100088

基于高性能计算的电磁数值模拟在目标电磁散射特性分析中发挥着越来越重要的作用.由于任一种数值方法都有一定的适用范围,不能高效处理所有问题,因此,有必要发展和集成多种数值方法,形成能够为不同类型问题的雷达散射截面(radar cross s... 详细信息

基于高性能计算的电磁数值模拟在目标电磁散射特性分析中发挥着越来越重要的作用.由于任一种数值方法都有一定的适用范围,不能高效处理所有问题,因此,有必要发展和集成多种数值方法,形成能够为不同类型问题的雷达散射截面(radar cross section, RCS)计算提供高效解决途径的软件系统.文中在并行自适应结构/非结构网格应用支撑软件框架之上,充分考虑数值方法的可扩展性以及物理个性的可分离性,通过基于机理、数据的混合可计算建模和接口设计,以及算法的模块化开发,发展了多种用于RCS计算的数值方法,并将其集成到高性能电磁数值模拟软件系统JEMS中.数值算例表明了JEMS具有高效分析多种目标电磁散射特性的能力,并在大规模并行计算方面具有显著优势.

关键词：电磁散射雷达散射截面高性能计算数值方法并行支撑框架

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基于区域分解的大规模并行有限元快速算法

电子学报 2019年第3期47卷 741-747页

作者：王卫杰陈晓洁周海京中物院高性能数值模拟软件中心北京100088 北京应用物理与计算数学研究所一室北京100088

区域分解方法是近来发展迅速的有限元求解方法之一.基于有限元区域分解方法以及多重网格的思想,我们研究了自适应求解以及离散扫频快速算法,并采用自主研发的高性能计算并行框架,将基于区域分解的大规模并行有限元快速算法进行了实现,... 详细信息

区域分解方法是近来发展迅速的有限元求解方法之一.基于有限元区域分解方法以及多重网格的思想,我们研究了自适应求解以及离散扫频快速算法,并采用自主研发的高性能计算并行框架,将基于区域分解的大规模并行有限元快速算法进行了实现,并行规模能够扩展到数万CPU核.我们在文中将展示程序的核心架构,以及如何采用多重网格算法的思想实现有效的粗网格校正技术,从而实现有限元线性系统的多次快速求解,加速自适应求解和离散扫频.最后,对算法进行了准确性验证以及大规模并行测试.

关键词：电磁场有限元区域分解多重网格自适应计算离散扫频并行计算

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指定流量分配系数的多回流出口边界算法

航空学报 2023年第5期44卷 93-105页

作者：许开龙刘再刚姜胜利王星张磐中物院高性能数值模拟软件中心北京100088 北京应用物理与计算数学研究所北京100088

燃烧室出口处物理量的边界条件处理方法需满足工程设计对出口流量的要求,同时要保证出口回流时的数值稳定性,是工程级燃烧室模拟中重点关注的问题之一。基于流量分配系数发展了一种出口边界处理算法,支持不可压缩流动模拟中指定多个出... 详细信息

燃烧室出口处物理量的边界条件处理方法需满足工程设计对出口流量的要求,同时要保证出口回流时的数值稳定性,是工程级燃烧室模拟中重点关注的问题之一。基于流量分配系数发展了一种出口边界处理算法,支持不可压缩流动模拟中指定多个出口流量分配系数、出口存在回流时的稳定模拟。研究表明,在四面体/六面体网格算例中,该方法可实现出口流量分配系数在0~1.0范围内的稳定模拟,与设定值的最大相对偏差模拟中,计算域缩减至1/3后模拟仍能稳定收敛,预测值和实验数据保持较高的一致性。相比于使用常规出口边界的方法,该方法支持仿真人员根据需要设置出口流量分配系数和计算域大小,可显著减小数值计算开销。

关键词：自由出口边界流量分配系数回流燃烧室模拟不可压缩流动

以频率误差控制为目标的自由振动问题自适应有限元分析

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振动与冲击 2023年第4期42卷 106-115页

作者：孙浩涵袁驷中物院高性能数值模拟软件中心北京100088 北京应用物理与计算数学研究所北京100088 清华大学土木工程系北京100084

对于自由振动问题,基于单元能量投影(element energy projection, EEP)技术,对频率和模态同时进行误差控制的自适应有限元分析已建立,并被证明可靠且高效。在实际应用中,也存在另一类需求,即只需保证频率的精度,而并不关心模态误差大小... 详细信息

对于自由振动问题,基于单元能量投影(element energy projection, EEP)技术,对频率和模态同时进行误差控制的自适应有限元分析已建立,并被证明可靠且高效。在实际应用中,也存在另一类需求,即只需保证频率的精度,而并不关心模态误差大小。该研究提出了频率超收敛计算方案,继而建立了整体频率误差和局部模态误差的转换关系,从而在整体上以频率误差估计控制算法停机,在局部上以模态误差估计驱动网格更新,最终建立了以频率误差控制为目标的自由振动问题自适应有限元分析策略。该方法的有效性在二阶Sturm-Liouville问题及弹性薄膜自由振动问题上得到了应用验证。

关键词：自由振动有限元法(FEM) 超收敛自适应分析单元能量投影法(EEP)

钠冷快堆先进建模与高性能粒子输运数值模拟进展

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原子能科学技术 2022年第11期56卷 2395-2407页

作者：周培德薛小刚吴明宇王事喜吴宗芸霍兴凯高鑫钊张强付元光周生诚刘晨马建明中国原子能科学研究院北京102413 中国工程物理研究院高性能数值模拟软件中心北京100088

钠冷快堆高性能数值模拟基于先进建模技术、大规模并行计算技术,实现大型池式快堆多物理过程精细化分析计算,包括池式结构快堆堆本体范围中子和γ射线深穿透计算,堆芯范围pin-by-pin精细化功率分布计算及输运-燃耗耦合计算,堆芯核-热子... 详细信息

钠冷快堆高性能数值模拟基于先进建模技术、大规模并行计算技术,实现大型池式快堆多物理过程精细化分析计算,包括池式结构快堆堆本体范围中子和γ射线深穿透计算,堆芯范围pin-by-pin精细化功率分布计算及输运-燃耗耦合计算,堆芯核-热子通道耦合计算。建立快堆高性能多物理耦合计算系统,并实现可视化输入和输出,可快速获得堆芯或堆本体范围更为清晰的物理图像,为反应堆设计迭代、整体方案优化等提供支撑。

关键词：钠冷快堆高性能数值模拟先进建模并行计算耦合