中子时空动力学时间并行方法研究及行波堆瞬态特性分析

发布时间：2020-04-23 23:25

【摘要】：中子动力学是反应堆安全分析十分重要的组成部分。时空动力学求解耗时,而且通常求解采用步进方式,难以利用计算机多核特点。行波堆是一种新型先进的反应堆,具有增殖性能好,可充分利用天然铀或贫铀,铀资源利用率高等特点。本文以中子时空动力学和行波堆为研究对象,开展中子时空动力学时间方法研究和行波堆瞬态特性分析。主要研究内容有:首先,开展了中子时空动力学的理论数值研究。研究了向后Euler方法和向后微分公式等四种常见离散格式在中子动力学中的应用。在向后微分公式中,采用一种新的时间步自适应格式,改善计算效率。数值结果表明,采用自适应的向后微分公式具有较好的计算精度和效率。其次,研究了时间并行算法Parareal在中子时空动力学方法的应用。传统的时间离散格式通常是一步一步向前推进的串行模式,难以利用现有计算机多核特点。并行Parareal算法采用两套粗细时间网格,提出一种粗细网格上的修正策略,可获得快速收敛。基于MPI并行编程环境,研究主从模式和分布式模式两种方式下的Parareal算法的并行实现,数值结果表明分布式模式的Parareal比主从模式具有更好的加速效果。结合Parareal算法和一个时间步内的加速,提出MPI-OpenMP混合加速方式,进一步提高了加速效果。再次,研究了快堆堆芯的物理-热工水力耦合研究。首先在子通道COBRA原有的模块中增加了液态金属钠的物性关系和换热模型。针对快堆的反应性反馈特点,采用了事先生成包含足够大范围的燃料温度和冷却剂温度的组件截面库与节块网格尺寸动态变化相结合的处理方式。耦合中子动力学程序和程序COBRA,开发了堆芯物理热工耦合程序HEXCOB。用自适应时间步的二阶向后微分公式和Parareal算法加速程序HEXCOB的计算。数值计算结果检验了程序的可靠性。最后,利用堆芯物理热工水力耦合程序研究了行波堆的瞬态特性。在满功率和0.1%满功率下控制棒失控抽出堆芯以及不同价值的控制棒落入堆芯等瞬态过程中,分析了最大包壳温度和燃料中心温度等是否满足相应的安全准则。模拟结果表明,在有保护措施的情况下,堆芯燃料温度和包壳温度等满足相关安全准则。
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TL351.1

【参考文献】

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本文编号：2638270