數(shù)值反應(yīng)堆（又稱(chēng)虛擬反應(yīng)堆，簡(jiǎn)稱(chēng)數(shù)值堆）是一種計(jì)算機(jī)模擬軟件，用于對(duì)真實(shí)核反應(yīng)堆進(jìn)行CAD建模、運(yùn)行模擬、材料性能分析等等。

數(shù)值堆可以為核能行業(yè)帶來(lái)多種優(yōu)勢(shì)：降低反應(yīng)堆工程建設(shè)成本；提高反應(yīng)堆安全性；協(xié)助促進(jìn)核廢物最小化。

定義

數(shù)值反應(yīng)堆是利用超級(jí)計(jì)算機(jī)對(duì)核反應(yīng)堆進(jìn)行建模和模擬（或仿真）的軟件系統(tǒng)，它結(jié)合了核反應(yīng)堆物理、高性能計(jì)算、軟件工程、計(jì)算數(shù)學(xué)等多個(gè)學(xué)科。

關(guān)鍵技術(shù)

數(shù)值堆包含多種關(guān)鍵技術(shù)：

(1) 高性能并行數(shù)值計(jì)算技術(shù)

利用高性能并行計(jì)算技術(shù)，實(shí)現(xiàn)多物理場(chǎng)、多尺度的精細(xì)化模擬計(jì)算。

應(yīng)用：多物理場(chǎng)耦合、多尺度的精細(xì)化模擬

(2) 先進(jìn)的中子物理分析技術(shù)

利用超精細(xì)網(wǎng)格和能群的先進(jìn)中子學(xué)計(jì)算技術(shù)，實(shí)現(xiàn)多物理、全三維、全范圍、緊耦合物理計(jì)算。

應(yīng)用：全堆芯 pin-by-pin 中子場(chǎng)分布

(3)輻射劑量場(chǎng)全耦合技術(shù)。

利用高精度中子、光子輸運(yùn)計(jì)算、先進(jìn)建模方法，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)劑量場(chǎng)可視化。

應(yīng)用：輻射劑量場(chǎng)分布

(4)先進(jìn)的熱工水力建模技術(shù)。

利用高性能計(jì)算技術(shù)，實(shí)現(xiàn)海量網(wǎng)格并行的CFD仿真計(jì)算。

應(yīng)用：柵板聯(lián)箱流場(chǎng)模擬、堆本體流場(chǎng)模擬

(5)先進(jìn)的安全分析技術(shù)。

利用先進(jìn)建模與仿真方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)各種事故工況的全范圍精細(xì)化仿真模擬。

(6)材料模擬計(jì)算技術(shù)

利用輻照損傷多尺度模擬方法及大規(guī)模并行程序開(kāi)發(fā)流程、物理建模方法，實(shí)現(xiàn)輻照損傷的多尺度模擬。

應(yīng)用：多尺度材料模擬

(7)燃料性能分析技術(shù)

與堆芯物理、熱工水力耦合，開(kāi)展穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)工況一體化分析，實(shí)現(xiàn)從微觀尺度（原子）到宏觀尺度（組件）的模擬分析。

(8)多專(zhuān)業(yè)協(xié)同工廠設(shè)計(jì)

利用三維平臺(tái)、廠房布置、管道布置、電氣設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、協(xié)同設(shè)計(jì)軟件，實(shí)現(xiàn)多專(zhuān)業(yè)并行協(xié)同設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)資源/數(shù)據(jù)/流程的高度集成。.

應(yīng)用：三維工廠設(shè)計(jì)、基于參數(shù)化的協(xié)同設(shè)計(jì)

(9)三維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

利用大規(guī)模并行計(jì)算技術(shù)，實(shí)現(xiàn)反應(yīng)堆全壽期內(nèi)多物理場(chǎng)耦合作用下的結(jié)構(gòu)行為、演變過(guò)程的大規(guī)模高性能數(shù)值模擬。

應(yīng)用：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、地震屈曲

(10)虛擬工程仿真技術(shù)

利用可視化虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)反應(yīng)堆建設(shè)、運(yùn)行、維護(hù)和退役的虛擬仿真。

應(yīng)用：中子束流模擬、虛擬安裝

研究范圍

數(shù)值反應(yīng)堆用于反應(yīng)堆堆芯物理分析、燃料設(shè)計(jì)及性能優(yōu)化、極端事故分析及預(yù)測(cè)等方面，研究范圍從核燃料找礦、提純、燃料制備、核電站運(yùn)行、核廢料二次提煉、高放廢物的掩埋全過(guò)程。需要建立精密的三維模擬平臺(tái)，形成完整的高分辨率數(shù)值模擬軟件體系。

數(shù)值反應(yīng)堆借助超級(jí)計(jì)算機(jī)，能夠進(jìn)一步提高反應(yīng)堆設(shè)計(jì)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性、安全性和可靠性。

科研人員在超級(jí)計(jì)算機(jī)上利用數(shù)值堆可開(kāi)展多方面的模擬研究：

??中子學(xué)

??熱工水力

?結(jié)構(gòu)力學(xué)

??水化學(xué)（化學(xué)腐蝕）

??燃料性能分析

以及上述多種物理過(guò)程的流-熱-固耦合模擬研究，如流固耦合(FSI) ? 。

發(fā)展現(xiàn)狀

美國(guó)：CASL ? ，NEAMS ? ，CESAR

歐洲：NURESAFE

中國(guó)：數(shù)字化核電廠（中英合作），數(shù)字微堆，國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃