Parallelization of the six-equation thermal hydraulic model in Apros

 |  Login

Show simple item record

dc.contributor Aalto-yliopisto fi
dc.contributor Aalto University en
dc.contributor.advisor Honkoila, Karri
dc.contributor.advisor Paljakka, Matti
dc.contributor.author Laurila, Erkki Sakari
dc.date.accessioned 2015-07-01T08:15:03Z
dc.date.available 2015-07-01T08:15:03Z
dc.date.issued 2014
dc.identifier.uri https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/17066
dc.description.abstract Modern computer architectures are developing towards increased use of parallelism. Multicore processors have become the standard in workstations, and cluster systems are getting cheaper. The performance increase brought by parallel hardware can only be utilized by software, if the software supports parallelism. The process simulation software Apros is designed for system scale simulations of industrial process plants, such as nuclear power plants. The algorithms to solve the thermal hydraulics, i.e. the flows, pressure transients and heat transfer, in pipe networks are a central part of the simulator. Particularly, the two-phase flow of water and steam is of great importance in both nuclear and combustion boiler applications. In Apros, the one-dimensional dynamics of the liquid-gas flow are calculated with the six-equation model which is based on the conservation laws of mass, momentum and energy for the separate two phases. In this thesis parallelization of the six-equation algorithm of Apros was designed and implemented using the Message Passing Interface. The implementation was tested by investigating both the correctness of the calculation results and the speedup in parallel execution. Three standard separate effect tests were used for the validation. For two out of the three cases, the results produced by the parallel algorithm corresponded perfectly to the sequential results, while small numerical problems were encountered in one case. The parallelization significantly increased the calculation speed. The speedup was measured as a function of the number of used processes, and maximum speedups between 2.1 and 3.7 were obtained for different test cases. The measurements were carried out on a multicore PC with 8 cores. The results were also compared to the predictions given by Amdahl's law, and the performance of the parallelization was assessed by experimentally determining the serial fraction. en
dc.description.abstract Uusien tietokoneiden nopeutuminen perustuu yhä enenevissä määrin rinnakkaisten prosessointiyksiköiden käyttöön. Moniydinprosessorit ovat arkipäivää kuluttajatietokoneissa, ja myös laskentaklusterien hinta on laskenut. Vaikka laitteisto mahdollistaisi rinnakkaisen ajon, yksittäinen ohjelmisto hyötyy tästä vain, jos se tukee rinnakkaislaskentaa. Prosessisimulointiohjelmisto Apros on suunniteltu prosessiteollisuuden laitosten, kuten ydinvoimaloiden, systeemitason simulointiin. Termohydrauliikkaratkaisija, jota ohjelmistossa käytetään putkiverkkojen virtausten, painetransienttien ja lämmönsiirron ratkaisemiseen, on simulaattorin keskeinen osa. Eritoten veden ja höyryn kaksifaasivirtaus on tärkeä osa-alue ydinvoimasovelluksissa. Aprosissa nesteen ja kaasun yksidimensioisen dynamiikan ratkaisemiseen käytetään kuusiyhtälömallia, joka perustuu erikseen molemmille faaseille kirjoitettaviin massan, liikemäärän ja energian säilymislakeihin. Tässä työssä suunniteltiin ja toteutettiin Aprosin kuusiyhtälömallin rinnakkaistus käyttäen MPI:tä (Message Passing Interface) ja viestinvälitysmallia. Tehtyä toteutusta testattiin laskentatulosten oikeellisuuden ja laskennan nopeutumisen osalta. Kahdessa validointimallissa kolmesta rinnakkaistetun algoritmin tuottama tulos vastasi erittäin hyvin sekventiaalisen algoritmin tulosta, kun taas yhdessä mallissa rinnakkaisella versiolla ilmeni pieniä numeerisia ongelmia. Rinnakkaisen algoritmin käyttö nopeutti laskentaa huomattavasti. Laskenta nopeutui maksimissaan 2,1 - 3,7 -kertaiseksi testimallista riippuen. Nopeutumista mitattiin käytettyjen prosessien lukumäärän funktiona, ja mittaukset tehtiin 8- ytimisellä moniydinkoneella. Saatuja mittaustuloksia verrattiin Amdahlin lain antamiin ennusteisiin, ja rinnakkaistuksen suorituskykyä arvioitiin määrittämällä kokeellisesti ohjelman sekventiaalinen osuus. fi
dc.format.extent ix + 82 s.
dc.language.iso en en
dc.title Parallelization of the six-equation thermal hydraulic model in Apros en
dc.title Apros-simulointiohjelmiston termohydrauliikkaratkaisijan rinnakkaistaminen fi
dc.type G2 Pro gradu, diplomityö fi
dc.contributor.school Perustieteiden korkeakoulu fi
dc.contributor.department Teknillisen fysiikan laitos fi
dc.subject.keyword termohydrauliikka fi
dc.subject.keyword kaksifaasivirtaus fi
dc.subject.keyword prosessisimulointi fi
dc.subject.keyword Apros fi
dc.subject.keyword rinnakkaislaskenta fi
dc.subject.keyword thermal hydraulics en
dc.subject.keyword two-phase flow en
dc.subject.keyword process simulation en
dc.subject.keyword parallel computing en
dc.subject.keyword Message Passing Interface en
dc.subject.keyword MPI en
dc.identifier.urn URN:NBN:fi:aalto-201507013708
dc.type.dcmitype text en
dc.programme.major Ydin- ja energiatekniikka fi
dc.programme.mcode Tfy-5
dc.type.ontasot Diplomityö fi
dc.type.ontasot Master's thesis en
dc.contributor.supervisor Salomaa, Rainer


Files in this item

Files Size Format View

There are no files associated with this item.

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record

Search archive


Advanced Search

article-iconSubmit a publication

Browse

My Account