Entwicklung der Softwareplattform RESUS : repository simulation, uncertainty propagation and sensivity analysis

Li, Xiaoshuo

This work documents the new software platform RESUS that has been designed and programmed by the author of this thesis. The software is a scientific tool for the probabilistic numerical modeling in the long term safety assessment for radioactive waste repositories. The purpose to develop this software is to meet the different requirements of the research and education fields. The usability and flexibility offered by RESUS is introduced step by step. Therefore the text can be used as a users’ manual. Moreover, examples are supplied and the further developments are documented as well. The thermal, hydraulic, mechanical and chemical processes of a radioactive waste disposal which are addressed in RESUS are simulated using existing numerical THMC codes. RESUS offers the option to couple two or more sub-models to a system-level model. Two methods have been developed to construct a model with RESUS: the graphic user interface (GUI) based method and the file-based method. The concepts of the two methods have been introduced in the text. Due to the different approaches, the two methods are designed for different user groups. The GUI-based method is planned for the educational audience, because it is relatively easy and fast to build a model. The GUI-based method works only with models which are coded in RESUS. On the other hand, the file based method of RESUS can work with more flexible and complex model structures. Thus, the filebased method is designed mainly for the professional research work. Only the numerical simulation codes with ASCII input files can be used with RESUS. The software platform RESUS works with three main processes: Preprocessing, Simulation phase and Postprocessing. The model structure and the parameters are built in the Preprocessing. In the simulation phase, RESUS invokes the THMC-coupled simulation codes to calculate the models. The data transfer between RESUS and the external codes are operated by the file stream functions of C++. The simulation is repeated when looping over the whole set of the probabilistic sample. The result data from the calculation is read directly to RESUS for the further analysis. There are different graphical tools available in RESUS to perform uncertainty and sensitivity analysis in the postprocessing, such as displaying time dependent results, histograms and scatterplots. There are still some problems in RESUS. For instance by invoking external numerical THMC-codes with randomly generated input parameters, it is very possible to run into numerical convergence problems. If such a convergence problem occurs in the antecedent sub-model, the next sub-model will not get the correct result values, and breaks the whole simulation loop down. Such a problem must be solved in the next step of the development.

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Einführung einer neuen Software namens RESUS. Die Softwareplattform wurde vom Verfasser dieser Dissertation konzipiert und programmiertechnisch umgesetzt. Es handelt sich bei dieser Software um ein wissenschaftliches Werkzeug zur numerischen Modellierung von Langzeitsicherheitsanalysen für Endlager. Das hinter RESUS stehende Konzept ist für die duale Nutzung in Forschung und Lehre entwickelt. Die praktische Umsetzung dieses Konzepts in Form einer Plattformstruktur wird auf verschiedene Weise dargelegt. Zum einen erfolgt eine sequentielle Darstellung angefangen von der Modellerstellung über die numerische Simulationsrechnung bis hin zur Aufbereitung und Darstellung der Ergebnisse. Zum anderen wird der Rückgriff auf externe Fremdcodes dargelegt, die RESUS zur Ausführungsplattform für komplexe probabilistische Modellrechnungen werden lassen. Es wird erklärt, wie auf der grafischen Oberfläche von RESUS Nutzerfreundlichkeit und Flexibilität verbunden werden um die sehr unterschiedlichen Ansprüche aus Lehre und Forschung zu erfüllen. Die Anwendungsmöglichkeiten der RESUS-Software sowohl in der Lehre als auch in der Forschung werden mittels Beispielen vorgestellt und sollen dem Leser in Form eines Tutorials Anhaltspunkte für die Benutzung liefern. Zusätzlich zu diesem Anleitungsteil ist in der vorliegenden Arbeit auch die genaue Funktionsweise von RESUS dargestellt. Die Modellerstellung auf RESUS erfolgt durch zwei Methoden: Zum einen der Benutzeroberflächenbasierten (GUI) Methode und zum anderen der dateibasierten Methoden. Es wird in dieser Arbeit aufgezeigt, wie die beiden Methoden in RESUS funktionieren und für welche Problemstellungen die Methoden am besten geeignet sind. So besteht Unterschied zwischen den genannten Methoden hinsichtlich der Anforderungen an den Benutzer und damit einhergehend der Komplexität und Flexibilität der erstellbaren Modelle. Die GUI-basierte Methode ist für den Lehrbetrieb gedacht und soll auf einfache Weise Lehrbeispiele simulierbar machen. Die dateibasierte Methode hingegen soll zur Erstellung komplexer Modellstrukturen für die Forschung genutzt werden. Dabei sind Modelle mit der GUI-basierten Methode einfacher und schneller herzustellen als mit der dateibasierten Methode. Mit der GUI-basierten Methode sind ausschließlich die in RESUS fest implementierten Modellarten simulierbar. Neben der GUI-basierten Modellerstellungsmethode kann die dateibasierte Methode eine breite Vielfalt von Modellen simulieren. Der Aufbau der Modelle bzw. sogar Modellketten kann flexibler und komplexer erfolgen, deswegen ist diese Methode eher für die professionellen Wissenschaftler bei der Forschungsarbeit vorgesehen. Die dateibasierte Modellerstellungsmethode ist auf dieser Version von RESUS nur einsetzbar, wenn die Eingabedateien der numerischen Fremdcodes textförmig (ASCII) sind. Bei binären Eingabedateien ist die Identifikation der probabilistischen und Eingabeparameter problematisch. Nach der Berechnung der mit einem der beiden Erstellungsverfahren erzeugten Modelle werden die Ergebnisse auf RESUS dargestellt und analysiert. RESUS bietet die Möglichkeit, die zeitabhängigen Ergebnisdaten zu plotten, logarithmisch zu transformieren, und mit Hilfe von Histogrammen und Streudiagramms zu analysieren. Bei der Entwicklung und Anwendung von RESUS sind auch Probleme aufgetreten. Bei mehrmaligem Aufruf der numerischen Fremdcodes könnte es möglich sein, dass die numerischen Konvergenzprobleme wegen ungünstiger zufälliger Samplekombination auftreten. Wenn Konvergenzprobleme erscheinen, könnte die aktuelle Simulation ausfallen, was der gesamte Verlust aller Rechenrealisierungen nach sich ziehen könnte. Das Problem muss bei der nachfolgenden Version von RESUS gelöst werden.

Vorschau

Zitieren

Zitierform:

Li, Xiaoshuo: Entwicklung der Softwareplattform RESUS : repository simulation, uncertainty propagation and sensivity analysis. 2015.

Zugriffsstatistik

Gesamt:
Volltextzugriffe:
Metadatenansicht:
12 Monate:
Volltextzugriffe:
Metadatenansicht:

Grafik öffnen

Rechte

Nutzung und Vervielfältigung:
Alle Rechte vorbehalten

Export