SALOME是一款由法國(guó)電力集團(tuán)（EDF）、法國(guó)原子能和替代能源委員會(huì)（CEA）和Open CASCADE三方合作開發(fā)的開源工業(yè)仿真平臺(tái)，包含仿真前處理和后處理所需的多種數(shù)值工具。平臺(tái)提供一套完整的解決方案，涵蓋從原始輸入數(shù)據(jù)導(dǎo)入、幾何與網(wǎng)格模型建立、到計(jì)算結(jié)果可視化和后處理分析的一整套流程，在此過程中實(shí)現(xiàn)各個(gè)輔助性分析模塊（如數(shù)據(jù)同化輔助模擬，不確定性分析,計(jì)算流程管理，計(jì)算資源定義等）與求解模塊的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換和多物理場(chǎng)求解器耦合運(yùn)行。

背景介紹

核電站嚴(yán)重事故在國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)（IAEA）的定義是“對(duì)人類，環(huán)境和設(shè)施造成重大不可逆影響的事件”，對(duì)此更為通俗的理解或者描述就是堆芯熔毀(Core Meltdown)所造成的核泄露事故。歷史上曾造成重大影響的核電站安全事故包括1979年美國(guó)賓州三里島核泄露事故，1986年蘇聯(lián)切爾諾貝利核事故以及最近的2011年日本福島第一核電站核泄漏事故。由于其所造成的嚴(yán)重影響，對(duì)于核電站嚴(yán)重事故預(yù)防及應(yīng)對(duì)策略的研究成為當(dāng)下核電研究最為重要的課題之一。

從已然荒廢的烏克蘭普里皮亞季市遙望切爾諾貝利核電站

一種較為典型的核電站嚴(yán)重事故的情景回顧如下：首先由于某些原因（天災(zāi)或人禍）所導(dǎo)致反應(yīng)堆冷卻系統(tǒng)失靈（下圖1處），隨即導(dǎo)致安全殼內(nèi)反應(yīng)堆壓力容器熔毀（下圖2處），熔融物質(zhì)最后破壞安全殼結(jié)構(gòu)，造成核裂變物質(zhì)泄漏，引發(fā)重大安全事故（下圖3處）。由于引發(fā)核安全事故的原因十分復(fù)雜，因此在相關(guān)研究中經(jīng)常使用不確定性分析的方法來進(jìn)行例如不同操作條件或環(huán)境的對(duì)核安全的敏感性分析，找出最有可能導(dǎo)致嚴(yán)重事故的情景并提出針對(duì)性解決方案，以及最終測(cè)試解決方案在復(fù)雜條件變換下的可靠性等方面的研究。

不確定性分析由于涉及到多個(gè)參數(shù)的多種組合情況，因此經(jīng)常需要很多次實(shí)驗(yàn)才能完成，這樣即使對(duì)數(shù)值模擬計(jì)算來說也需要十分長(zhǎng)的時(shí)間。在這種情況下之前介紹的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)(OpenTURNS)以及并行和耦合并行計(jì)算管理(YACS)就很有用了。在接下來的案例中我們將介紹利用Salome YACS和Salome OpenTURNS模塊耦合核安全嚴(yán)重事故分析軟件MAAP的應(yīng)用案例。

耦合案例介紹

Salome的YACS模塊針對(duì)OpenTURNS模塊有專門的適配函數(shù)，可以允許在高性能并行機(jī)上進(jìn)行并行運(yùn)算管理。一般來說利用YACS和OpenTURNS進(jìn)行耦合并行運(yùn)算首先需要在本地定義好實(shí)驗(yàn)以及計(jì)算流程，隨后交由并行機(jī)計(jì)算，最終得出可視化結(jié)果和分析。接下來我們將逐一介紹每一個(gè)步驟。

首先是參數(shù)定義和計(jì)算流程設(shè)置部分。在這個(gè)研究案例中我們定義了16個(gè)可能影響核電站嚴(yán)重事故過程的輸入?yún)?shù)以及1個(gè)作為研究對(duì)象的輸出量。這些輸入和輸出需要首先和計(jì)算流程一起被定義到Y(jié)ACS當(dāng)中，最終生成一個(gè)xml格式的計(jì)算流程文件。如下圖所示，計(jì)算流程包括所有的輸入和輸出變量（分別放在EtudeToCode以及CodeToEtude節(jié)點(diǎn)里），計(jì)算單元 (MAAP節(jié)點(diǎn)) 以及它們之間的邏輯和數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)。之后這個(gè)流程將被導(dǎo)入到OpenTURNS中作為計(jì)算模型來被調(diào)用。

第二部分是OpenTURNS負(fù)責(zé)的不確定性分析。和之前介紹的一樣，在OpenTURNS中我們可以定義所有輸入變量的概率分布方式和范圍，最終確定我們不確定分析的設(shè)置。

在正式進(jìn)入計(jì)算步驟的時(shí)候我們可以直接通過OpenTURNS的GUI進(jìn)行操作。由于之前已經(jīng)將YACS定義的計(jì)算流程作為研究模型導(dǎo)入了OpenTURNS，在進(jìn)行不確定分析時(shí)OpenTURNS中模型的調(diào)用將通過執(zhí)行所導(dǎo)入的YACS流程來進(jìn)行，同時(shí)YACS設(shè)定的并行方式也能在OpenTURNS的執(zhí)行中得到執(zhí)行。比如接下來我們要做的集中趨勢(shì)分析，就可以通過GUI設(shè)置和操作。

隨后OpenTURNS的計(jì)算結(jié)果可以以各種可視化方式得出，包括概率分布函數(shù)PDF，累積分布函數(shù)CDF，散點(diǎn)圖等多種表現(xiàn)方式。

如之前所說，在實(shí)際研究中我們可以運(yùn)用不確定性分析法研究安全事故中不同參數(shù)變化對(duì)結(jié)果的影響，以下我們展示MAAP，Salome YACS和Salome OpenTURNS耦合研究核安全事故處理應(yīng)對(duì)措施的不確定性的實(shí)際結(jié)果。下圖展示了熔融物堆內(nèi)滯留(In-Vessel Retention, IVR) 策略下反應(yīng)堆壓力容器熔毀的可能性隨著措施操作延遲量的累計(jì)概率分布。

下圖是熔融物堆外滯留(Ex-Vessel Retention, EVR)策略下安全殼被熔融物熔穿的距離隨操作延遲量的分布。

結(jié)果和展望

Salome YACS 和Salome OpenTURNS 的耦合計(jì)算極大地方便了大規(guī)模不確定性分析的計(jì)算和研究。其所包含的簡(jiǎn)潔清晰的GUI能夠讓用戶十分快捷地對(duì)不確定性分析計(jì)算進(jìn)行設(shè)置，測(cè)試和執(zhí)行。同時(shí)Salome YACS所包含的并行計(jì)算管理能夠優(yōu)化大規(guī)模并行機(jī)上的運(yùn)算，很大程度地提升了計(jì)算效率。最后Salome所提供的后處理方式可以直接將計(jì)算結(jié)果進(jìn)行可視化輸出，因此用戶在計(jì)算結(jié)果后處理中不需要費(fèi)過多的心思既能得出想要的結(jié)果展示形式。

在接下來的版本中YACS和OpenTURNS的耦合計(jì)算將得到進(jìn)一步優(yōu)化，使其能夠?qū)?chǎng)參數(shù)的變化考慮到不確定性分析當(dāng)中，同時(shí)也會(huì)優(yōu)化后處理部分，使其可以通過耦合Salome的ParaVis模塊進(jìn)行更加復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理和分析。

結(jié)語

本期簡(jiǎn)單介紹了YACS模塊和OpenTUTRNS模塊的應(yīng)用，SALOME平臺(tái)所包含的模塊和功能還有很多未能詳盡地介紹，感興趣的朋友可以訪問Salome的官方網(wǎng)站：https://www.salome-platform.org ，其包含關(guān)于該平臺(tái)的各類資料例如用戶手冊(cè)，技術(shù)文件和教程等，能夠?yàn)檐浖睦斫夂褪褂锰峁┓浅Ｖ匾膮⒖疾牧稀?/span>

以上就是我們本期的內(nèi)容，我們會(huì)有更多軟件和案例的介紹，歡迎大家持續(xù)關(guān)注~

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