基于SPH方法的拉格朗日途径研究核反应堆堆芯中的传热

数值模拟仿真与高性能计算的使用对于核反应堆的详细安全分析、控制与运行至关重要，使得能够研究和分析涉及这些系统的热工水力、中子物理与流体动力学相关问题。在本工作中，我们引入了光滑粒子流体动力学（smoothed particle hydrodynamics, SPH）方法用于分析核反应堆堆芯中传热的基础。通过对流方式的传热在许多工程应用中十分重要，尤其在核反应堆传热分析中。作为初步方法，可分析间隙（燃料棒与包壳之间存在的空间）中的自然对流，有助于减少此类计算中的不确定性，而这类计算在使用其他数值工具时通常依赖于经验关联式。本工作所开发的数值方法通过与文献中先前数值模拟所得结果及实验数据对比得到了验证，表明我们的实现适用于核反应堆传热研究。数值模拟使用DualSPHysics开源代码完成，该代码允许使用不同数量的核心进行并行计算。当前实现为CUDA（Compute Unified Device Architecture）编写的版本，还允许使用GPU处理器（Graphics Processor Unit）通过GPU中包含的大量核心并行加速计算。这使得使用合理的计算机时间分析大型系统成为可能。所得结果验证并确认了我们的方法，并使我们在未来核反应堆堆芯内燃料传热应用中拥有了一个可靠的求解器。