独立开发RETA通用PDE数值求解器基础软件

      工业软件是融合热、力、结构、电等多学科的复杂系统，其核心是一套统一的基础框架。PDE数值求解框架可提供统一的基础架构、数值求解核心和软件开发模板，使开发者能够方便、快速地开发应用软件，是支撑工业软件体系构建的关键基础技术。从基础算法及底层框架出发，构建了一套通用PDE数值求解器基础软件，名为RETA[1]。据此开发传热、流体、中子物理、力学、电化学、辐射化学等应用模块为反应堆设计及分析提供可靠计算工具。

      RETA软件采用残差驱动的全隐式离散策略，构建了一套统一的线性与非线性代数方程组求解框架，支持串并行计算，集成三维有限元与有限体积模块，并支持多维固体与流体多物理场耦合计算。RETA的软件架构、代数与网格数据结构、数值算法和输入输出模块，均为自主设计实现。RETA软件可支撑多学科领域应用软件开发。

1. 系统热工水力分析模块

      基于RETA框架，课题组开发了系统热工水力分析模块，并进行了钠冷回路、铅铋回路和氦气回路的实验验证。

2. 热管计算模块

      基于RETA框架，针对热管堆分析所需的热管计算程序需要计算精度较高且快速求解的难点，建立基于双控制方程的高温碱金属热管高效计算模型，并研发了适用于系统分析的热管阵列计算模块。该热管计算模型，能够模拟蒸气核心内自由分子流、过渡流和连续流三种流态并通过模拟流态之间的转换实现锋面的精确模拟。对于一百根热管组成的热管阵列计算速度高达0.16 s/时间步。

3. 水化学计算模块

      基于RETA框架，拓展传统零维（仅反应无输运）水化学数值计算思路，开发辐解反应计算模块，利用先进Newton-Krylov算法统一求解几十上百种产物瞬时浓度，计算中高效地耦合了热工水力流场、温度场结果，能够广泛支持多种堆型热工水力与含输运化学反应的协同计算，其模块化设计与内置的完善数据库大大简化了反应堆回路中物质输运、化学反应、水质调控等复杂难点问题的研究，具备充分扩展性（如用户添加自定义反应集）、高度灵活性（如禁用核心部件外反应以节省计算）、广泛适用性（如扩展到非水堆输运仅需要提供相关反应）。以小型模块化反应堆KLT-40S为例，基于所开发平台系统研究了不同堆芯工况下的辐解产物行为，以控制其中H2O2等氧化性物质浓度和pH水平为目标设计了多套加氨调控方案，利用氨反应集的拓展轻松比较了不同加氨方案对堆芯化学环境的影响，为反应堆优化设计提供了强有力的热工水力-辐解化学反应耦合计算平台。

4. 半导体计算模块

      基于RETA框架，围绕半导体热电转换装置，系统开展多物理场耦合机理与模型研究，研发了兼具计算精度与效率的半导体计算模块，集成了辐射能-电能转换、热流传递、半导体载流子输运等核心物理过程，实现模块独立计算与电源系统耦合计算功能，支持瞬态工况仿真与热电转换效率、输出伏安特性等多维度性能参数分析，具备完整输入输出能力与良好可扩展性，并进行了实验验证。

5. 锂离子电池计算模块

      基于RETA框架，针对极端环境下锂离子电池仿真及国产CAE软件"卡脖子"问题，系统开展了极端工况下电化学-热-力-副反应耦合机理与模型研究，建立了适用于极端环境的多场耦合数学模型，并研发了兼顾精度、效率与易用性的自主锂电池仿真软件。该软件集成了电化学反应、产热与传热、离子扩散与迁移应力、SEI演化等关键过程，具备多物理场耦合与良好可扩展性，支撑常规与极端环境下锂离子电池的仿真设计分析。

软件著作权：

【1】中国科学技术大学，“通用PDE数值求解器框架软件(RETALib) V1.0”，2024SR0727451, 2024