2021 Fiscal Year Annual Research Report
GPUスーパーコンピュータによる原子炉内溶融物の移行挙動解析
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19K11992
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| Research Institution | Japan Atomic Energy Agency |
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Principal Investigator |
小野寺 直幸 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, システム計算科学センター, 研究職 (50614484)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
井戸村 泰宏 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, システム計算科学センター, 室長 (00354580)
真弓 明恵 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, システム計算科学センター, 研究職 (20791396)
下川辺 隆史 東京大学, 情報基盤センター, 准教授 (40636049)
山田 進 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, システム計算科学センター, 研究主幹 (80360436)
山下 晋 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 原子力基礎工学研究センター, 研究職 (80586272)
河村 拓馬 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, システム計算科学センター, 研究職 (90718248)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 気液二相流体解析 / Poisson解法 / マルチグリッド法 / GPU / 適合細分化格子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
気液二相流体解析に基づく原子炉内の流動現象の解明は、原子力工学分野において重要な課題の一つである。一方、数値流体力学解析による気泡・液滴挙動を直接的に捉えた機構論的解析には、高度な物理モデルと膨大な計算機資源が必要であり、実機を対象とした解析は殆ど行われていない。上記課題に対して、本研究では、原子力工学問題等で対象とする複雑な構造物を含んだ流れの効率的な解析を実現するために、研究代表者の小野寺がGPU向けに開発を進めてきたブロック型適合細分化格子（AMR）に対応したPoisson解法を新たに開発することに成功した。Poisson解法の高速化として、大規模計算に適した前処理手法であるマルチグリッド（MG）法の実装およびブロックAMR格子のデータ構造に適した前処理手法[Onodera, HPC Asia 2021]を提案することで、元のRed-Black SOR法を前処理手法として採用した共役勾配法と比較して、計算時間を1/3以下に削減することに成功した。
次に、このPoisson解法の応用先として、共同研究者がCPU上にて開発している直交格子版のJUPITERを、ブロック型AMR格子およびGPU計算へと拡張した二相流体解析コードJUPITER-AMRを開発した。原子力工学分野の気液二相流体問題として、燃料集合体を模擬したバンドル体系の実験[Ren, Meas. Sci. Technol., Vol.29, 2018]に対する解析を実施した。この解析では、直交格子版のJUPITERと比較して、2倍の格子解像度である0.5mm格子による解析を実現するとともに、気液界面捕獲手法のフェーズフィールドモデルによる高度化により、高精度に実験結果を再現することに成功した。以上の研究の推進により、工学問題で重要となる様々な気液多相流体解析の高度化に貢献できると考えている。
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