随着高性能计算技术的发展,利用并行数值模拟研究核反应堆内部各组件的工作过程已成为保证其稳定工作、提高工作效率和优化设计方案的重要手段。本文基于开源CFD软件OpenFOAM,对核反应堆中卸压箱喷射高速气体的过程进行理论模型分析、网格构建、求解器设计以及并行计算结果分析等相关工作,主要工作和创新点如下:1.基于开源软件设计并实现了一种面向卸压箱气体喷射模拟的并行数值求解器: PRTFoam 。现有的商业CFD软件虽然在模型稳定性、软件易用性等方面优于开源CFD软件,但是开源CFD软件如OpenFOAM在可定制性、并行可扩展性等方面具有优势。本文基于开源CFD软件OpenFOAM针对卸压箱喷射气体过程进行数值求解器PRTFoam的设计,为开源CFD软件定制化模拟求解工业工程中的物理现象提供参考。2.实现了核反应堆中卸压箱工程案例的大规模并行数值模拟分析。卸压箱喷射气体的过程本质上是可压缩气体的高速流动过程,喷出的气体速度最高可以达到3马赫,这使得气体的流动难以分析和预测。本文基于开源CFD软件OpenFOAM对核反应堆卸压箱喷射气体现象进行数值模拟,并基于此求解器对百万量级网格的复杂应用案例进行了大规模三维并行数值模拟,为实际工程应用的设计与优化提供参考。3.开源CFD软件OpenFOAM与商业CFD软件ANSYS CFX在计算精度与并行效率等方面的大规模实验对比与分析。通过对OpenFOAM和ANSYS CFX上的实验结果进行对比与分析,验证了本文设计的开源数值求解器PRTFoam在模拟精度上能够达到与商业软件相当的程度。本文的实验对比结果为基于开源CFD软件的数值求解器设计与优化提供了重要参考,同时也反映出基于开源软件开发的数值求解器在反应堆数字模拟设计领域有着重要的应用前景。