董玲玉，周志锋，戴潮虎，赵 珂，吴宗芸，刘天才，赵民富，杨 文，胡长军,*

(1.北京科技大学 计算机与通信工程学院，北京 100083；2.中国原子能科学研究院 反应堆工程技术研究所，北京 102413)

热工流体高性能模拟是数值反应堆的重要组成部分。热工流体计算程序按建模尺度可划分为系统程序、子通道程序和CFD程序，其中CFD程序能对反应堆中复杂区域的三维流动过程(包括湍流)进行高精细的模拟，其核心内容是求解N-S(Navier-Stokes)方程组。求解N-S方程组的数值方法包括有限差分法、有限体积法、有限元法、谱方法和谱元法等。其中谱元法是Patera等[1]通过结合谱方法的高精度和有限元法的区域适应性发展而来的，符合数值反应堆对高分辨率和高效并行求解的追求。然而堆几何的复杂性以及谱元法的高精度特点使得数值反应堆模拟对计算资源、存储资源的需求巨大。例如在中国实验快堆中，燃料棒直径约为绕丝直径的6.3倍，二者的接触面需要大量精细网格来描述。经测试，在平均网格质量指标超过0.6的情况下，单根绕丝棒流道的网格数量至少需要100万，快堆全堆的网格数量则会达到百亿量级。再如Kothe等[2]估算采用大涡模拟的方法进行堆芯局部区域的模拟需要P级的计算能力，进行全堆芯的模拟则需要E级的计算能力。高精细、大规模数值模拟对数据存储、区域分解、并行求解以及计算机算力等方面提出了巨大挑战。

以我国神威·太湖之光和天河二号为代表的超级计算机，计算能力已居世界领先地位。……