面向先进核能系统的中子学综合模拟云平台关键技术研究

论文摘要

中子学综合模拟,通过对核能系统内中子及其相关的多类物理效应进行耦合模拟,可有效解决先进核能系统复杂中子学特性的分析难题。云计算技术具有多用户协同、大规模计算、共享易用等优点。通过耦合中子学综合模拟与云计算技术,发展中子学综合模拟云平台,可有效解决中子学综合模拟需要的海量计算、多专业软件集成仿真环境等难题,提升先进核能系统核设计分析的效率。本文围绕该主题开展研究,主要研究内容和创新之处如下:（1）设计了中子学综合模拟一体化云平台架构。该架构将模型和应用集中在云端,通过基于视频流的远端桌面实时回传,实现集中式云端在线建模与计算结果可视化分析;通过云端虚拟化,实现了云端高性能中子学计算。同时,设计了数据存储、数据传输以及应用三方面协同的云平台安全增强策略。该架构体系,实现了云端一体化中子学综合模拟,提高了设计分析的便捷性与效率。（2）发展了辐射输运计算性能预测的多指标调度算法。分析了蒙特卡罗辐射输运计算的时间可预测特性,结合了计算时间可预测特性,从作业优先级、排队时间、所需资源、运行时间和资源满足情况等方面建立综合评价指标体系;耦合差分进化算法开展了各项指标的权重优化,根据不同的业务应用场景,优化出适合的指标权重,同时耦合回填算法,以提高资源利用率。经测试对比,该算法相比典型调度算法,有效缩短了运行总时间、平均带权周转等核心性能指标。该算法兼顾公平性和资源利用率,并可动态调整指标权重,以满足不同情况下的资源调度需求。结合上述架构与调度算法,基于中子输运设计与安全评价软件系统SuperMC“超级蒙卡”研制了中子学综合模拟云平台原型系统。通过IAEA-BN600、BEAVRS、IAEA-ACB、ITER-T426等国际基准例题,对该云平台的多用户、多作业云端设计模式进行了系统性测试,验证了该云平台的有效性和实用性。该云平台可应用于先进核能系统的在线中子学综合模拟,对于提高核设计分析的效率与便捷性具有重要作用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
•   1.1 研究背景
•     1.1.1 核能发展背景
•     1.1.2 中子学综合模拟的挑战
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 中子学模拟软件研究现状
•     1.2.2 核能领域云平台研究现状
•   1.3 研究目标及内容
•   1.4 论文结构安排
• 第2章 基础理论与技术
•   2.1 中子学综合模拟技术
•   2.2 云计算技术
•     2.2.1 云计算特点
•     2.2.2 云计算体系架构
•     2.2.3 云计算关键技术
•   2.3 协同设计技术
•     2.3.1 异步协同设计
•     2.3.2 同步协同设计
•   2.4 视频流传输技术
•     2.4.1 技术介绍
•     2.4.2 处理机制
•   2.5 调度算法
•   2.6 本章小结
• 第3章 中子学综合模拟云平台架构设计
•   3.1 系统需求
•     3.1.1 功能需求
•     3.1.2 性能需求
•   3.2 设计原则
•   3.3 中子学综合模拟云平台架构设计
•     3.3.1 平台功能架构
•     3.3.2 平台系统架构
•     3.3.3 数据逻辑架构
•     3.3.4 平台业务流程
•   3.4 集中式云端设计方法
•     3.4.1 集中式云端在线设计
•     3.4.2 多人云端设计方法
•   3.5 安全保障体系设计
•     3.5.1 数据存储安全设计
•     3.5.2 数据传输安全设计
•     3.5.3 应用安全设计
•   3.6 本章小结
• 第4章 辐射输运计算性能预测的多指标调度算法
•   4.1 调度算法设计
•     4.1.1 设计目标
•     4.1.2 算法设计
•   4.2 调度算法分析
•   4.3 面向不同业务场景指标权重优化分析
•     4.3.1 通用业务场景
•     4.3.2 服务质量优先场景
•     4.3.3 资源利用率优先场景
•     4.3.4 其他业务场景
•   4.4 本章小结
• 第5章 系统原型实现及测试
•   5.1 环境搭建
•     5.1.1 硬件环境
•     5.1.2 软件环境
•   5.2 系统原型实现
•     5.2.1 统一门户
•     5.2.2 建模、可视化分析子系统
•     5.2.3 中子学计算子系统
•     5.2.4 移动端APP
•   5.3 系统功能测试
•     5.3.1 建模与可视化分析功能测试
•     5.3.2 中子学计算功能测试
•   5.4 系统性能测试
•     5.4.1 并发性能测试
•     5.4.2 响应时间测试
•   5.5 本章小结
• 第6章 总结与展望
•   6.1 总结
•     6.1.1 主要内容
•     6.1.2 创新点
•   6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 在读期间发表的学术论文

文章来源

类型: 博士论文

作者: 李中阳

导师: 吴宜灿,吴斌

关键词: 中子学综合模拟,云平台,多指标调度,云端设计,超级蒙卡

来源: 中国科学技术大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 物理学,核科学技术

单位: 中国科学技术大学

基金: 中国科学院信息化专项项目(XXH13506-104),中国科学院合肥物质科学研究院项目(KP-2017-19,KP-2019-13)

分类号: TL32

DOI: 10.27517/d.cnki.gzkju.2019.000076

总页数: 106

文件大小: 7512K

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