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大科学核能工程仿真技术及软件研发进展

来源:科技部  访问: 时间:2012/12/14 [ ] [ 打印 ] [ 关闭 ] [ 收藏 ]

 

吴宜灿,研究员、博士生导师。1964年生。毕业于西安交通大学核反应堆工程与安全专业,主要从事核能科学与工程、辐射医学物理与技术等学科研究。FDS团队负责人,时任中国科学院等离子体所副所长、中国科学技术大学核科学技术学院副院长。

【报告摘要】

大型复杂核系统(如大科学工程设施)一般具有工作目标宏大、多种学科跨度大、实验设备复杂、投资强度大,而且大多具有放射性环境等特点,建成后需进行长期的稳定运行和持续的科学实验,以探索前沿科学领域的未知现象。针对大科学工程开展科学实验可观察各种随机的物理现象并获得相应状态参数,而实验的最终目的是获悉现象背后隐藏的物理规律,但是通过实验手段只能获取部分结果,很难获得全面的信息。于是,大科学工程数字仿真技术应运而生。数字仿真在大科学工程整个生命周期中可发挥独特的作用,如大科学工程建设期间,通过虚拟工程设计及装配,可以逼真地模拟装置的装配过程,实现装置可装配性验证及装配方案规划与验证,一方面提高了设计、装配质量,另一方面也缩短了建设周期,提高了经济性。大科学工程建成后,虚拟实验可真实的模拟各种物理与工程实验,通过虚拟实验与实际实验的结果对比,可验证模型与理论研究的正确性,同时也可进一步指导实际实验。虽然数字仿真软件系统的研制需要相当的投入,但相比大科学工程建设及实验周期,数字仿真仍然具有经济安全、一次投资,长期受益的独特优势。

大科学工程数字仿真是一项大型综合集成技术,包括虚拟工程设计与计算机建模、虚拟装配、物理与工程数值模拟计算、数据可视化分析与立体展示、虚拟维修与漫游等内容。运用数字仿真技术,所有的实验都是虚拟的,工程设计、装配仿真、虚拟实验、结果可视化、虚拟漫游等所有工作均在计算机系统上完成。这些实验可以规避真实实验的危险,自由探索各种工况下的现象(包括极限状态);可以打破空间的限制,直观展示各种难以观测的宏观、微观现象以及复杂结构内部的物理现象;还可以打破时间的限制,将百万年才能观察到的过程或者瞬间发生的现象在合适的时间内直观呈现出来。本文简要介绍FDS团队(www.fds.org.cn)近年来依托中科院等离子体物理所和中科大核科学技术学院在大型核系统数字仿真技术研究、软件开发和应用等方面取得的主要进展。

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