Юрий Мигров о развитии расчётных кодов для ВВЭР

AtomInfo.Ru, ОПУБЛИКОВАНО 18.06.2011

В ОКБ "Гидропресс" с 17 по 20 мая 2011 года прошла седьмая международная научно-техническая конференция "Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР".

Один из пленарных докладов, с которым выступил Юрий МИГРОВ (НИТИ имени А.П.Александрова), был посвящён основным направлениям совершенствования расчётных кодов КОРСАР и САПФИР&RC в рамках проекта "Развитие суперкомпьютеров и грид-технологий".

Доклад был подготовлен совместно четырьмя организациями - НИТИ, Гидропресс, СПбАЭП и ВНИИЭФ.

ПРОДОЛЖЕНИЕ ПОСЛЕ ФОТО

Юрий Мигров, фото AtomInfo.Ru

Суперкомпьютеры для ВВЭР

Развитие ядерной энергетики реализуется в условиях непрерывного разрешения противоречия между стремлением повысить экономические показатели энергоблоков и обеспечением требуемого уровня их безопасности.

Разрешить противоречия призвано, в частности, математическое моделирование физических явлений в элементах оборудования АЭС. А это, в свою очередь, требует непрерывного совершенствования программных средств.

Магистральным направлением развития программных средств является создание интегральных программных комплексов, обеспечивающих в рамках одного сквозного расчёта определение параметров, которые характеризуют состояние всех барьеров безопасности энергоблока в целом. Причём переход к реалистическому приближению требует применения трехмерных моделей.

Естественно, что использование таких сквозных программных комплексов с трёхмерным моделированием процессов в отдельных элементах оборудования в инженерных расчётах становится возможным лишь с привлечением значительных вычислительных мощностей с ориентацией на многопроцессорные системы, полагают авторы доклада.

В России в течение 2010-2012 годов реализуется проект "Развитие суперкомпьютеров и грид-технологий", одобренный президентом страны. В его рамках выполняются работы, связанные с повышением безопасности и конкурентоспособности АЭС с ВВЭР.

Это создание программно-технического комплекса (ПТК) "Виртуальная АЭС с ВВЭР", а также создание комплекса "Виртуальный ядерный остров".

В состав комплекса "Виртуальный ядерный остров" входят системы кодов и специфических расчётных моделей (согласованных верифицированных наборов данных), обеспечивающих комплексное мультифизичное моделирование процессов на блоках с ВВЭР.

КОРСАР и САПФИР&RC

Расчётный код КОРСАР, базирующийся на наиболее совершенных на данный момент моделях двухфазных потоков, был разработан во второй половине 90-ых годов. Его первая версия РК КОРСАР/В1.1 была аттестована в Госатомнадзоре в 2003 году.

При разработке кода акцент делался на точность воспроизведения физических явлений, хотя и при одновременном рассмотрении вопросов использования наиболее быстродействующих численных алгоритмов.

Эксплуатация РК КОРСАР в проектных и исследовательских организациях потребовала дальнейшего расширения области его применения и повышения точности моделирования отдельных физических явлений.

Из сделанного в 2000-ых годах, докладчик отметил следующее:

- двухжидкостная модель была дополнена моделями переноса бора и неконденсирующихся газов;

- в состав функционального наполнения была включена модель пространственного расчёта нейтронно-физических процессов (программный блок КАРТА);

- был включён программный блок КАМЕРА, обеспечивающий на параметрическом уровне приближенное численное моделирование процессов перемешивания теплоносителя в напорной смесительной камере ВВЭР;

- была включена система расчёта термомеханики твэлов "ТВЭЛ-3" и выполнен ряд других изменений.

В 2008 году завершилась комплексная верификация версии РК КОРСАР/ГП, а в 2009 году эта версия была аттестована в Ростехнадзоре.

Моделирование пространственной кинетики реактора в РК КОРСАР/ГП осуществляется с использованием заранее подготовленных библиотек малогрупповых констант и распределений выгорания топлива по активной зоне в заданные моменты кампании.

За подготовку таких данных отвечает пакет программ нейтронно-физического расчёта водо-водяных реакторов САПФИР_95&RC_ВВЭР. Пакет был аттестован в 2005 году.

Параллельные вычисления

Совершенствование функционального наполнения кода КОРСАР при создании специализированной версии КОРСАР/ГП неизбежно приводило к увеличению затрат машинного времени при выполнении инженерных расчётов.

Рост производительности процессоров не компенсирует рост вычислительных затрат. Для наиболее сложных процессов КОРСАР/ГП имеет замедление счёта по отношению к реальному времени, достигающее фактора 20-25.

Поэтому переход на параллельные вычисления с использованием высокопроизводительных многопроцессорных ЭВМ становится актуальным. Особенно это важно при создании ПТК "Виртуальный энергоблок АЭС с ВВЭР", для которого в техзадании указано требование о моделировании в масштабе времени, близком к реальному.

Российский центр РФЯЦ-ВНИИЭФ обладает многолетним опытом разработки и практической реализации суперкомпьютерных технологий. У центра есть передовая научно-производственная база для проектирования и производства супер-ЭВМ. Поэтому подключение центра к работам по совершенствованию КОРСАР/ГП стало естественным шагом.

Среди конкретных организационно-технических мероприятий, подлежащих решению в ближайшем будущем, докладчик выделил разработку и ввод в эксплуатацию системы удалённого доступа, обеспечивающей решение задач на суперкомпьютерах РФЯЦ-ВНИИЭФ, а также создание и поставку компактных супер-ЭВМ на участвующие в проекте предприятия.

Ещё важный шаг - внедрение в состав создаваемых ПТК специализированного программного обеспечения, разработанного в РФЯЦ-ВНИИЭФ. В первую очередь, речь идёт о комплексе PSS, используемом в качестве подсистемы обмена данными при проведении связанных расчётов в ПТК "Виртуальный энергоблок АЭС с ВВЭР".

Одна из приоритетных задач проекта - обеспечить замещение отечественными разработками коммерческих зарубежных программ, используемых для трёхмерного моделирования процессов на блоках АЭС.

Среди пакетов, предлагаемых к внедрению, докладчик назвал расчётный код ЛОГОС, предназначенный для решения трёхмерных задач тепло-массопереноса и гидродинамики в режиме параллельных вычислений.

Параллельно с освоением ПК ЛОГОС в НИТИ начаты работы по созданию динамической модели расчёта потвэльного энерговыделения в ТВС ВВЭР. Развитие моделей осуществляется в двух альтернативных направлениях, что позволит более надёжно оценивать погрешности расчёта для стационарных состояний реактора.

Наконец, ещё одно направление, где суперкомпьютерные технологии смогут оказать значимую помощь атомной энергетике - развитие технологии анализа неопределённостей. Под методы такого анализа заложена солидная теоретическая основа, но их применение на практике сдерживалось необходимостью выполнения большого объёма расчётов и рядом других причин.

С внедрением суперкомпьютерных технологий появляются принципиально новые возможности для реализации методов анализа неопределённостей в проектных расчетах. В 2007 году в НИТИ в инициативном порядке была разработана специализированная программа ПАНДА, предназначенная для автоматизации процесса анализа неопределённостей.

В настоящее время программные средства ПАНДА/КОРСАР в режиме опытной эксплуатации используются в ОКБ "Гидропресс" и СПбАЭП, говорится в докладе.

Юрий Мигров, фото AtomInfo.Ru

Верификация и эффективность

В ходе обсуждения доклада был затронут вопрос о возможности верификации расчётных кодов - в том числе, на экспериментальных данных, полученных на водо-воздушных моделях.

В России сегодня есть серьёзная проблема создания банка экспериментальных данных по верификации трёхмерных моделей. Определённые работы ведутся - например, измерения дифференциальных характеристик ТВС - но это всё ещё "капля в море".

Для сравнения. Во Франции при реализации проекта NEPTUN на расчётные коды выделялось меньше затрат, чем на создание экспериментальной базы под верификацию трёхмерных кодов.

Применение для верификации результатов газовых экспериментов возможно, но в таких экспериментах будет сильно сказываться вопрос сжимаемости среды. И перенести такие данные на водяные потоки будет непросто, считает докладчик.

Отдельной дискуссии удостоилась тема о потенциальных выигрышах от перехода на параллельные вычисления. Если для плотных матриц выигрыш очевиден, то при расчётах с разреженными матрицами вопрос остаётся открытым.

Докладчик подтвердил - параллельные вычисления эффективны там, где мы имеем дело с размерностями задач порядка десятков и сотен миллионов ячеек.

Но такие задачи, как нейтронно-физические расчёты, контурная теплогидравлика или расчёты процессов тепломассопереноса в контейнменте - задачи малой размерности. И сотни ядер для таких задач не нужны, считает докладчик.

"Мы имеем опыт, что 30-50 ядер - тот предел, который можно использовать в контурной теплогидравлике", - отметил докладчик.

В подобных задачах распараллеливание станет не основным, а вспомогательным механизмом ускорения расчётов. Главный же упор должен делаться на достижение более высоких шагов интегрирования по времени с использованием неявных вычислительных схем и других известных способов.

Ключевые слова: Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР, Нейтронно-физические расчёты реакторов

---

Другие новости:

Пять человек пострадало в инциденте уровня 3 на гамма-установке в болгарском селе Стамболийски

Инцидент произошёл при замене кобальтового источника.

Энергетический пуск АЭС Бушер запланирован на начало августа 2011 года

Об этом сообщило иранское агентство MNA со ссылкой на чрезвычайного и полномочного посла Ирана в РФ Махмуда Резу Саджади.

Росатом и Philips займутся развитием ядерной медицины в России

Компании планируют совместно работать по четырём основным направлениям.

---

---

---

---

Поиск по сайту: