Разработка кросс-платформенного универсального кода для

Разработка кросс-платформенного
универсального кода для анализа
неопределённостей
Моисеенко Е. В., Тарасов В. И.
ИБРАЭ РАН, Москва
XI Международная конференция «Безопасность
АЭС и подготовка кадров – 2009»
Обнинск
29 сентября – 2 октября 2009
Актуальность вероятностных методов
оценки качества моделирования
 Переход от консервативных к реалистичным методам
моделирования аварийных процессов – требуется оценка
качества моделирования, в т.ч. устойчивости моделей
 Появление многоядерных и многопроцессорных систем –
возможность массового счёта
Примеры неопределённостей
Для аварии типа LB-LOCA реакторов
типа PWR модель, предлагаемая
Westinghouse, предусматривает 37
варьируемых параметров, разбитых на 4
группы:
 Исходное состояние жидкости в
реакторе
 Исходное распределение
тепловыделения
 Теплогидравлические модели
 Модели твэлов
Cesare Frepoli. An Overview of Westinghouse Realistic Large Break LOCA
Evaluation Model
Примеры неопределённостей
Зависимость времени инверсии
расплава в УЛР от теплового эффекта
реакции разложения гематита
Оксидный слой
r ~ 6200 кг/м3
T ~ 2200 K
Металлический слой
r ~ 6870 кг/м3
T ~ 1600 - 2200 K
Методика анализа неопределённостей
Размер выборки
P{ma < R  Ma} = a, где
R – отклик системы, (ma, Ma) – доверительный интервал



(n)
(n)
P ma , M a   Rmin
, Rmax

n – размер выборки
Зависимость a и  от размеров выборки:
 1 – nan-1 + (n – 1)an
(Уилкс)
a
n
0,90
38
0,95
93
0,99
662
Методика анализа неопределённостей
Определение порога чувствительности
1 k 2
d
a
ai 

k i 1
k
k
2
a
 i d
для независимых параметров
i 1
k – количество варьируемых параметров, ai – коэффициенты
регрессии
M(a p)  min
+
2
a ( syst) 
2(1  d )
k
- систематическая ошибка
Требования к коду
 Кроссплатформенность
Средства разработки: Python + стандартный Fortran-90
Параллелизм
Обеспечивается средствами ОС
 Унифицированный набор входных данных для кода
Язык описания и внутреннего представления данных - XML
Вариация параметров
Способы варьирования параметров
 Равномерное распределение
 Нормальное распределение
 Задание фиксированных параметров
Структура кода
Описание
варьируемых
параметров
На языке XML
На XML внутри кода,
на языке расчётного кода на диске
Формирование
входных файлов
Расчётный
код
Расчётный
код
Результат
Результат
…
Анализ
неопределённостей
Расчётный
код
Результат
HEFEST,
CORCON,
…
Демонстрация работы кода
Эксперименты SACR (НИТИ им. Александрова)
1. Защитный бокс. 2. Жертвенный материал 3. Расплав кориума. 4. Индуктор. 5. Холодный тигель. 6. Кварцевая обечайка. 7.
Вход и выход охлаждающей воды 8. Водоохлаждаемая крышка. 9. Смотровое окно для пирометра. 10. Вход газа. 11. Газовые
баллоны. 12. Газовые редукторы. 13,14,15,16 Вентили. 17. Привод 18. Сливная воронка. 19. Пирометр спектрального отношения
20. Инфракрасный пирометр. 21. Основная аэрозольная магистраль 22. Крышки смотровых окон. 23. Главный фильтр. 24.
Высокочастотный генератор. 25. Вентилятор
Демонстрация работы кода
Эксперимент SACR - 7
Исходный состав
Кориум С-32:
76 % UO2 + 9 % ZrO2 + 15 % Zr
Жертвенный материал:
85 % Fe2O3 + 15 % Аl2О3
После взаимодействия (14 c)
65 % UO2 + 20-x % ZrO2 + 2+x % Zr +
0 % FeO + 3 % Al2O3 +10 % Fe
x= 0..4
Демонстрация работы кода
Эксперимент SACR - 7
Расчётная концентрация циркония
340,0кДж/моль
256,8кДж/моль
242,7кДж/моль
230,0кДж/моль
Концентрация Zr, масс. %
8
6
4
2
0
15
20
Подводимая мощность, кВт
aQ_ext =
aqhemabl =
=
a
a(syst) =
-0.18
-0.98
0.70
0.08
25
Демонстрация работы кода
Эксперимент SACR - 2
Исходный состав
Кориум С-100:
1
2
3
66 % UO2 + 19 % ZrO2 + 15 % FeO
4
Жертвенный материал:
5
89,7 % Fe2O3 + 3,6 % Na2B4O7 +
+6,7 % M500
6
Скорость взаимодействия
От 1,0 до 0,2 мм/с в зависимости от фазы
эксперимента и режима нагрева
Демонстрация работы кода
Эксперимент SACR - 2
Расчётная скорость продвижения фронта плавления
15 кВт
17,5 кВт
20 кВт
22,5 кВт
25 кВт
0,25
Скорость плавления, мм/с
0,24
0,23
0,22
0,21
0,20
0,19
0,18
0,17
0,16
0,15
0,14
0,13
0,12
0,11
200
250
300
350
Тепловой эффект разложения гематита, кДж/моль
aQ_ext =
aqhemabl =
=
a
a(syst) =
0.84
0.50
0.70
0.18
Заключение
 Разработанный код адекватно описывает влияние
неопределённостей на результат моделирования
 Код может быть легко адаптирован написанием конвертера в
язык XML для работы с любой программой, использующей
структурированный язык входных файлов
 Код является кросс-платформенным
Спасибо за внимание!
http://www.moiseenko.ru/doc/obninsk.ppt