ISAS Système de couplage de codes

1. ISASSystème de couplage de codes CEA/DRN/DMT/SYSCO Alain.Bengaouer@cea.fr

2. Plan • Nécessites et enjeux • Description d'Isas • Exemple de composants Isas • Applications • Perspectives

3. Nécessités et enjeux • L’industrie nucléaire est au carrefour de nombreux métiers • Neutronique • Thermohydraulique • Mécanique • Radio-protection • ... • Chaque domaine d’expertise développe des outils et des méthodes d’analyse propres • Qui coupler ? • Disciplines différentes en inter-action • Même discipline pour différents éléments en inter-action

4. Nécessités et enjeux • Que coupler ? • Savoirs-faire • Données • Outils • Pourquoi coupler ? • Etudes de sûreté plus exigeantes • Matériel plus performant • Optimisation du fonctionnement • Complexité des problèmes

5. Nécessités et enjeux • Comment coupler ? • Chaînage • enchaînement manuel des opérations • une ou quelques itérations • Couplage explicite • résolution séquentielle (automatique) des opérations • chaque code modifie les données (conditions limites) du code suivant • Couplage implicite • résolution simultanée des opérations • chaque code participe à la modélisation complète du problème • nécessite un solveur puissant (nombre élevé d’inconnues)

6. Réacteur sous-critique Dégradation gaine Dégradation cœur Nécessités et enjeux • Etudes accidentelles • Classement • transitoires de classe 2 • rupture de tuyauterie secondaire • petite perte de réfrigérant primaire (SBLOCA) • RTV majeure • grosse perte de réfrigérant primaire (LBLOCA) • accident grave

7. Nécessités et enjeux • Codes utilisés CRONOS-2 / FLICA-4 CRONOS-2 / FLICA-4 / FLICA-S CRONOS-2 / CATHARE CRONOS-2 / FLICA-4 / CATHARE FLICA-4 / CATHARE couplage explicite1D couplage implicitemulti-D neutronique + T-H cœur + T-H système

8. Nécessités et enjeux • Nécessité de disposer d'un système de codes : • souples, ouverts, communicant facilement • Projet ELAN • Architecture logicielle, outils, méthodes, langages • Parallélisme et distribution intégrés • Projet ELAN • Aujourd'hui : • Répondre facilement aux besoins croissants de couplage • Disposer d’un outil générique pour limiter l’intrusion dans les codes à coupler • ISAS

9. Description d'Isas • Caractéristiques générales • permet de piloter plusieurs codes • sur une ou plusieurs machines • un superviseur avec un langage de commande • un code esclave est un objet avec ses méthodes • Choix techniques • Isas écrit en C • Langage interface: • OCAML* dans le superviseur • OCAML, C, F77 dans les esclaves • Librairie de communication : PVM** * http://www.inria.fr ** http://www.ornl.gov PORTABILITE SOUPLESSE SIMPLICITE

10. Power Plant vessel circuit S.G. building thermo neutro Description d'Isas • Fonctionnalités : • définition d'une machine virtuelle • échanges maitre/esclave • communication directe • délégation • Le contrôle du couplage est entièrement géré dans le superviseur : • le temps, la convergence, l'adaptation des données • Le superviseur voit les codes comme des modules (objets) à l ’interface strictement définie. COMPOSANTS REUTILISABLES

11. Exemple de composants • Les étapes d'un code monolithique vers un composant : • Identification des fonctions importantes • Isolement des données en entrée et sortie • Création des services : méthodes et données • par introduction d'appels à la librairie Isas en qqes points code initial code modulaire composant Isas Data acquisition Initilization Steady state Begining loop Transient step End loop Results Saving Stop Data acquisition code # get data Initialization code # initialize Steady state code # Steady state Transient step code # Transient step Results Saving code # Results Saving Stop code # Stop

12. FLICA4 CRONOS CASTEM Get Data Send Meshing Get Temperature Get Power Transient Get Data Send Meshing Get Temperature Send Power Transient Get Data Send Meshing Send Temperature Get Power Transient Exemple de composants Simulation d'un APRP Neutronique: Power (Tc,r) Thermo-hydraulique: r,Press,f(Ql, Tc, Power) Thermo-mécanique: s,Tc(f,Press,Power,…) 3 champs de la physique <=> 3 codes de calcul Crayons combustible Réfrigérant liquide-vapeur

13. Exemple de composants • Le script de couplage : open Pvmhandle ;; read table"home/user/test/table.isas" ;; startvm table ;; let hydraulics = new flica (hostname1) ;; let kinetics = new cronos (hostname2) ;; hydraulics# get_data;; kinetics# get_data;; for i = 1 to 100 do hydraulics#transient dt ;; kinetics#transient dt ;; kinetics#send_power;; hydraulics#get_power ;; done ;; hydraulics# stop ;; kinetics# stop ;; Définition de la machine virtuelle Démarrage d'une instance de chaque code Seule la méthode transient est vue de l'utilisateur. Les communications sont masquées dans la méthode

14. Applications • Couplage de disciplines différentes • Couplage d'éléments différents • Serveurs de calculs FLICA CRONOS CATHARE APOLLO CASTEM TRIO GENEPI METEOR ISAS ATHENA SAFALY INTRA NAUA

15. CATHARE : circuit thermal hydraulics CRONOS : neutron kinetics FLICA : core thermal hydraulics Applications CATHARE CRONOS FLICA Power Distribution Core outlet flowrate Core inlet pressure Core outlet flowrate Core inlet pressure ISAS

16. Building Pressurizer • Heat exchanger 5 4 6 Inboard blanket modules 3 7 Removable shield 8 2 9 10 Vault Outboard blanket modules 1 11 12 Vacuum Vessel Toroidal limiter/Baffle Divertor pressure temperature wall heat load SAFALY ATHENA fluid temperature heat transfer coefficient total flow rate water enthalpy void fraction temperature pressure steam pressure NAUA INTRA condensation rate steam flow rate simulation system Applications ATHENA : thermal-hydraulic INTRA : containment SAFALY : plasma transients NAUA : aerosols dispersion ISAS applications for safety studies Fusion reactor break simulation

17. Perspectives • Isas2.1 en développement : • version thread-safe (POSIX) • utilisation des threads pour paralléliser des méthodes • sécuriser les traces d'exécution • compatibilité avec des esclaves MPI et OPENMP • introduction du modèle M.E.D. (collaboration EDF) représentation générique des maillages et résultats de calculs échange direct et manipulation des objets M.E.D. Code esclave Structure MED ISAS HDF HDF

18. Perspectives • Veille : • MPI, • CORBA, • gros volumes de données • Evolutions : • Convergence/interopérabilité ISAS/CALCIUM • cf. exposé Jean-Yves Berthou EDF • Allier l'architecture ELAN (codes futurs de la DRN) et la communication entre codes existants.