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Development of Integrated Suite of Codes and its Applications to Various Devices : 토카막 통합 시뮬레이션 코드의 개발과 여러 장치에 대한 적용 연구

DC Field Value Language
dc.contributor.advisor나용수-
dc.contributor.author이찬영-
dc.date.accessioned2022-12-29T07:34:26Z-
dc.date.available2022-12-29T07:34:26Z-
dc.date.issued2022-
dc.identifier.other000000173685-
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/10371/187659-
dc.identifier.urihttps://dcollection.snu.ac.kr/common/orgView/000000173685ko_KR
dc.description학위논문(박사) -- 서울대학교대학원 : 공과대학 에너지시스템공학부, 2022. 8. 나용수.-
dc.description.abstractThe in-depth design and implementation of a newly developed integrated suite of codes, TRIASSIC (tokamak reactor integrated automated suite for simulation and computation), are reported. The suite comprises existing plasma simulation codes, including equilibrium solvers, 1.5D and 2D plasma transport solvers, neoclassical and anomalous transport models, current drive and heating (cooling) models, and 2D grid generators. The components in TRIASSIC could be fully modularized, by adopting a generic data structure as its internal data. Due to a unique interfacing method that does not depend on the generic data itself, legacy codes that are no longer maintained by the original author were easily interfaced. The graphical user interface and the parallel computing of the framework and its components are also addressed. The verification of TRIASSIC in terms of equilibrium, transport, and heating is also shown. Following the data model and definition of the data structure, a declarative programming method was adopted in the core part of the framework. The method was used to keep the internal data consistency of the data by enforcing the reciprocal relations between the data nodes, contributing to extra flexibility and explicitness of the simulations. TRIASSIC was applied on various devices including KSTAR, VEST, and KDEMO, owing to its flexibility in composing a workflow. TRIASSIC was validated against KSTAR plasmas in terms of interpretive and predictive modelings. The prediction and validation on the VEST device using TRIASSIC are also shown. For the applications to the upcoming KDEMO device, the machine design parameters were optimized, targeting an economical fusion demonstration reactor.-
dc.description.abstract본 연구에서는 TRIASSIC (tokamak reactor integrated automated suite for simulation and computation) 코드의 자세한 디자인과 실행 결과에 대해 소개합니다. 이 시뮬레이션 코드는 기존에 존재하던 플라즈마 평형, 1.5차원 및 2차원 플라즈마 수송, 신고전 및 난류 수송 모델, 전류 구동 및 가열 (냉각) 모델, 그리고 2차원 격자 생성기 등의 코드를 구성하여 만들어졌습니다. 프레임워크 내 데이터 구조로써 일반 데이터 구조를 채택함으로써 TRIASSIC의 코드 구성요소들은 완전한 모듈화 방식으로 결합될 수 있었습니다. 일반 데이터 구조에 의존하지 않는 독특한 코드 결합 방식으로 인해, 더 이상 유지보수되지 않는 레거시 코드들 또한 쉽게 결합될 수 있었습니다. 본 코드의 그래피컬 유저 인터페이스, 프레임워크와 코드 구성 요소들의 병렬 컴퓨팅에 관한 내용도 다뤄집니다. 평형, 수송, 그리고 가열 측면에서의 TRIASSIC 시뮬레이션의 검증 내용도 소개됩니다. 시뮬레이션 프레임워크 내 일반 데이터 구조의 데이터 모델과 데이터 정의를 만족시키기 위해, 데이터를 관리하는 프레임워크의 중심부에는 선언적 프로그래밍이 도입되었습니다. 선언적 프로그래밍을 통해 일반 데이터의 데이터 노드 간 관계식을 만족시킴으로써 데이터 간 내부 일관성을 확보하고, 코드의 유연성과 명시성을 추가적으로 확보할 수 있었습니다. TRIASSIC은 해석적, 예측적 모델링 측면에서 KSTAR 플라즈마를 대상으로 검증되었습니다. VEST 장치를 대상으로 한 예측 및 이에 대한 검증 내용 또한 서술됩니다. 경제적인 핵융합 실증로 건설을 목표로 KDEMO 장치에 대한 적용 및 장치 설계 최적화 연구도 소개됩니다.-
dc.description.tableofcontentsAbstract 1
Table of Contents 2
List of Figures 4
List of Tables 10
Chapter 1. Introduction 11
1.1. Background 11
1.1.1. Fusion Reactor and Modeling 11
1.1.2. Interpretive Analysis and Predictive Modeling 17
1.1.3. Modular Approach 21
1.1.4. The Standard Data Structure 24
1.1.5. The Internal Data Consistency in a Generic Data 28
1.1.6. Integration of Physics Codes into IDS 29
1.2. Overview of the Research 31
Chapter 2. Development of Integrated Suite of Codes 33
2.1. Development of TRIASSIC 33
2.1.1. Design Requirements 33
2.1.2. Overview of TRIASSIC 35
2.1.3. Comparison of Integrated Simulation Codes 40
2.2. Components in the Framework 43
2.2.1. Physics Codes Interfaced with the Framework 43
2.2.2. Physics Code Interfacings 46
2.2.3. Graphical User Interface 52
2.2.4. Jobs Scheduler and MPI 55
2.3. Verifications 57
2.3.1. The Coordinate Conventions 57
2.3.2. Coupling of Equilibrium-Transport 59
2.3.3. Neoclassical Transport and Bootstrap Current 63
2.3.4. Heating and Current Drive 65
Chapter 3. Improvements in Keeping the Internal Data Consistency 68
3.1. Background 68
3.2. Possible Implementations of a Component 71
3.3. A Method Adopted in the Framework 73
3.3.1. Prerequisites and Relation Definitions 73
3.3.2. Adding Relations in the Framework 78
3.3.3. Applying Relations 80
3.4. Performance and Flexibility of the Framework 83
3.4.1. Performance Enhancement 83
3.4.2. Flexibility and Maintenance of the Framework 85
Chapter 4. Applications to Various Devices 91
4.1. Applications to KSTAR 91
4.1.1. Kinetic equilibrium workflow and its validation 91
4.1.2. Stationary-state predictive modeling workflow 95
4.2. Application to VEST 102
4.2.1. Time-dependent predictive modeling workflow 103
4.3. Application to KDEMO 106
4.3.1. Predictive simulation workflow for optimization 106
Chapter 5. Summary and Conclusion 112
5.1. Summary and Conclusion 112
Appendix 116
A. Code Snippet of the Relation Definition 116
Bibliography 118
Abstract in Korean 126
-
dc.format.extent126-
dc.language.isoeng-
dc.publisher서울대학교 대학원-
dc.subjectTokamak-
dc.subjectPlasma-
dc.subjectNuclearFusion-
dc.subjectIntegratedModeling-
dc.subjectIntegratedSimulation-
dc.subject.ddc622.33-
dc.titleDevelopment of Integrated Suite of Codes and its Applications to Various Devices-
dc.title.alternative토카막 통합 시뮬레이션 코드의 개발과 여러 장치에 대한 적용 연구-
dc.typeThesis-
dc.typeDissertation-
dc.contributor.AlternativeAuthorChan-Young Lee-
dc.contributor.department공과대학 에너지시스템공학부-
dc.description.degree박사-
dc.date.awarded2022-08-
dc.contributor.major원자핵공학전공-
dc.identifier.uciI804:11032-000000173685-
dc.identifier.holdings000000000048▲000000000055▲000000173685▲-
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