| 研究課題/領域番号 |
19K11992
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分60090:高性能計算関連
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| 研究機関 | 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構 |
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研究代表者 |
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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| 研究分担者 |
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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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2021年度)
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| 配分額 *注記 |
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2021年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2020年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2019年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
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| キーワード | 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 / 圧力Poisson解法 / 適合細分化格子法 / 原子炉内溶融解析 / 多相流体解析 / 省通信型行列解法 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
過酷事故時の原子炉内溶融物の移行挙動の解明に向けて、GPUを利用したエクサスケール多相流体解析を開発する。多相流体解析でボトルネックとなる圧力Poisson方程式に対してGPU向けの省通信型マルチグリッドMG法を開発することで収束特性を改善し、更にステンシル計算向けのブロック型適合細分化格子法といった計算機技術を活用することで解析を高速化することで実機を対象とする溶融物の移行・蓄積挙動の長時間解析を実現する。本研究は福島第一原子力発電所の廃炉に向けたデブリ解析の基盤技術確立に繋がるだけでなく、様々な工学分野における多相流体解析の発展に繋がる。
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| 研究成果の概要 |
原子力工学問題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、研究代表者がGPU向けに開発を進めてきたブロック型適合細分化（AMR）格子を、共同研究者がCPU上にて開発している直交格子版のJUPITERへと適用すると共に、ブロック型AMR格子向けのPoisson解法を提案することで更なる高速化を実現した。燃料集合体を模擬したバンドル体系に対する気液二相流体解析を実施した結果、直交格子版のJUPITERと比較して、2倍の解像度である0.5mm格子による解析を実現するとともに、気液界面捕獲手法としてフェーズフィールドモデルを適用することで、高精度に実験結果を再現した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
原子力CFD解析は広範な事象を含むため、各物理モデルを表現するのに十分な時空間解像度をカバーするマルチスケール解析が必須となる。しかしながら、数値的な取扱いが最も困難な多相流体解析を高解像度かつ長時間スケールに拡張できる計算性能と計算手法はこれまで未確立であり、これが機構論的なCFD解析を阻害してきた。本研究では、飛躍的に計算性能が向上してきたGPU向けの最適化技術の開発、計算速度のボトルネックとなるPoisson解法の高速化、ブロック型適合細分化格子の採用により、効率的なマルチスケール解析を実現した。以上の研究成果により、原子力分野、更には幅広い産業応用分野でのCFD解析の発展に貢献できる。
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