全炉心熱流動解析コードACTの開発,4; 燃料集合体モデルの簡易化及びMPIによる並列処理化

Development of whole Core thermal-hydraulic analysis program ACT, 4; Simplified fuel assembly model and parallelization by MPI

大島 宏之; 橋本 昭彦*

Ohshima, Hiroyuki; not registered

高速炉の定格運転時および強制循環から自然循環へ行こうする過渡時を含む様々な運転状態に対し、インターラッパフローを含む炉心の熱流力挙動を精度良く評価することを目的として、全炉心熱流動解析コード ACTの開発を実施している。炉心部の熱流力挙動評価には、炉心内部の詳細なモデル化に加え、炉心部内の詳細なモデル化に加え、炉心部に対して適切な境界条件を与えることが重要であることから、本コードは、燃料集合体、炉心槽のみならず熱輸送系を解析するモジュール群で構成される。それらをカップリングすることによりプラントシステムの応答を加味した炉心部の詳細な熱流動挙動を解くことを可能とする。本報告は、大規模な体系への適用性を確保するために実施した、燃料集合体解析部のモデル追加および並列マシンやクラスターマシンなどで動作するメッセージパッシング方式によるコードの並列化についてまとめたものである。燃料集合体解析部については、これまでの各集合体内部の燃料ピン全てを模擬するモデル化に加えて、計算負荷軽減の観点から注目する集合体以外の集合体について熱流力挙動が同等となる簡易モデルを適用できるようにした。並列化については、コード内部の計算負荷やデータフローを分析することにより、数値計算アルゴリズムの見直しを含む最適なプログラムの並列化を行った。並列化に伴う各プロセス間のデータ通信やプログラム処理の同期などの制御に使用する並列化プログラミングツールには、MPI(Message Passing Interface)を用いた。これらの改良に対して、機能検証解析を実施し、改良したプログラムの基本動作を確認した。また、炉心解析モジュール(燃料集合体+炉心槽) および熱輸送系解析モジュールの入力マニュアルの整備も併せて行った。

A whole core thermal-hydraulic analysis program ACT is being developed for the purpose of evaluating detailed in-core thermal hydraulic phenomena of fast reactors including the effect of the flow between wrapper-tube walls (inter-wrapper flow) under various reactor operation conditions. As appropriate boundary conditions in addition to a detailed modeling of the core are essential for accurate simulations of in-core thermal hydraulics, ACT consists of not only fuel assembly and inter-wrapper flow analysis modules but also a heat transport system analysis module that gives response of the plant dynamics to the core model. This report describes incorporation of a simplified model to the fuel assembly analysis module and program parallelization by a message passing method toward large-scale simulations. ACT has a fuel assembly analysis module which can simulate a whole fuel pin bundle in each fuel assembly of the core and, however, it may take much CPU time for a large-scale core simulation. Therefore, a simplified fuel assembly model that is thermal-hydraulically equivalent to the detailed one has been incorporated in order to save the simulation time and resources. This simplified model is applied to several parts of fuel assemblies in a core where the detailed simulation results are not required. With regard to the program parallelization, the calculation load and the data flow of ACT were analyzed and the optimum parallelization has been done including the improvement of the numerical simulation algorithm of ACT. Message Passing Interface (MPI) is applied to data communication between processes and synchronization in parallel calculations. Parallelized ACT was verified through a comparison simulation with the original one. In addition to the above works, input manuals of the core analysis module and the heat transport system analysis module have been prepared.