基于MOC的堆芯计算方法研究

发布时间：2020-09-23 10:30

　　 目前反应堆系统的堆芯结构设计的越来越复杂,如设计日趋复杂的沸水堆、MOX-UO_2混合装料的压水堆,堆芯中产生的局部效应更加显著,组件的中子学特性差异加剧,堆芯中中子能谱随空间的变化更加复杂。现有的“两步法”堆芯物理计算方法由于近似认为均匀化参数只是组件类型的函数而与它在堆芯的具体位置无关,计算误差已越来越大。直接求解反应堆堆芯的中子输运方程消除了“两步法”计算的主要误差,目前已得到广泛关注。特征线方法(MOC)可以求解任意几何的精细结构中子输运方程,成为堆芯输运计算的主要研究方向之一。本文在Dragon程序基础上研究特征线方法的堆芯计算。首先针对输运方程特征线解法中源项的不同处理方法,在原有平源近似方法的Dragon程序中增加线性源近似方法,对目前广泛使用的正方形、六角形组件进行二维、三维计算以验证线性源程序的正确性和有效性;之后在对特征线参数敏感性分析和Dragon程序中特征线加速方法加速效果检验的基础上,对小型反应堆SMART进行三维堆芯计算,分析计算结果以及计算过程中需要的时间、存储空间等信息;最后针对三维堆芯计算中存在的计算时间长等问题,使用二维MOC/一维S_N方法对输运方程进行耦合求解,研究了求解二维/一维耦合方程的计算流程,编写一维S_N方法计算程序,结合Dragon程序,对SMART堆芯进行了二维MOC/一维S_N耦合计算。最终研究结果表明:线性源近似方法采用粗网格以及宽松的特征线控制参数可以获得较高的计算精度,且和平源近似方法计算精度相当的前提下,线性源近似需要更少的计算时间和存储空间,从而验证了添加到Dragon程序中的线性源近似方法是有效的;特征线控制参数中辐角求积组的选取对计算结果影响最大;Dragon程序中,特征线方法同时使用代数压缩加速方法、自碰撞再平衡方法和射线合并方法加速效果最好;特征线方法三维堆芯计算能够获得堆芯的精细中子通量分布,但计算时间很长,还不能满足工程应用,尤其长特征线方法对于堆芯计算的局限性很大;在二维/一维耦合计算中三维堆芯计算需要的计算机内存、信息存储量、计算时间都得到很明显的改善,二维/一维耦合计算使特征线方法在目前计算机条件下更加有利于堆芯计算。
【学位单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2015
【中图分类】：TL351.1
【部分图文】：

七个自变量的微分-积分方程，即使在稳态时求解这一方程也计算过程中，都采用如数值离散、模型简化等近似的求解方法是数值离散方法的一种，随着近代计算机的快速发展而广泛研堆物理计算程序中。但在计算过程中特征线方法的收敛速度缓，因此数值加速方法的研究在特征线方法的实际应用中起着关单介绍特征线方法的理论模型，并对后续计算中用到的几种不单介绍。OC 方法的理论模型纵标（SN）方法一样，特征线方法也是经过角度变量直接离散上求解微分形式的中子输运方程，这些直线被称为特征线，可运动的飞行路线。特征线方程在理论推导过程中对几何的形状任意复杂几何的输运问题进行求解。

须足够的致密，尤其对于通量和源变化比较剧烈的区域。减小平就会增加空间网格的数目，从而使存储空间和计算时间急剧增加算精度的前提下，减少射线和空间网格的数目，将会大大降低特所需的计算时间和存储空间。线性源特征线方法在空间网格内使，因此可以在获得相同计算精度的前提下，使用较大的空间网格空间网格和射线的数目，使计算时间和存储空间都大为降低。特征线方法内的平均中子源强和与方向相关的线性斜率构成线性函数来表达线性源特征线方法的基本思想[7]。目前国际上提出了几种线性源 MARIKO 程序中根据 P1 近似的线性源近似方法[27]、法国 CEA征线格式以及非线性表面特征线格式的线性源近似方法[28]、加拿线性特征线格式线性源近似方法[29]。但总结起来，针对线性源

近似特征线方法在程序 Dragon 中已经被应用，大量数值计算证明在细的网格够取得良好的计算效果，但所需的存储空间很大以及计算时间很长，尤其在三维计算中。本文将坐标投影法线性源近似特征线方法应用到 Dragon 程序少大规模三维计算所需的存储空间及计算时间。对不同几何结构进行数值计应用到 Dragon 程序中的线性源近似方法的正确性及有效性。需要对本文作两点说明：）所有数值结果都是在 CPU 为 Intel(R) Xeon(R)CPU E5645 @2.40GHz，操作Linux2.6.35.6-45.fc14.x86_64，内存为 23.6G 的 20 核计算集群硬件条件下进行序计算过程使用的是单核 CPU。）Dragon 程序可以挂载不同的数据库，本文所有计算使用的数据库都是 ENDF据库。17×17 二维组件数值结果

【参考文献】

相关期刊论文 前8条

1 张宏博;吴宏春;曹良志;郑友琦;夏榜样;;基于Krylov子空间及区域分解理论的二维矩阵特征线方法[J];核动力工程;2013年04期

2 张知竹;李庆;王侃;;三维特征线的并行方法研究[J];原子能科学技术;2013年S1期

3 汤春桃;;线性源近似的中子输运方程特征线解法[J];原子能科学技术;2011年12期

4 刘宙宇;吴宏春;曹良志;陈其昌;李云召;;三维模块化特征线方法[J];核动力工程;2010年S2期

5 柴晓明;姚栋;王侃;于颖锐;汪量子;;使用广义粗网有限差分方法加速中子输运特征线方法[J];计算物理;2010年04期

6 汤春桃;张少泓;;以栅元为模块进行特征线跟踪的中子输运方程解法[J];核动力工程;2009年04期

7 陈其昌;吴宏春;曹良志;;基于AutoCAD二次开发实现中子输运方程特征线法求解[J];原子能科学技术;2009年03期

8 杨雪;施工;王侃;;DRAGON挂载WIMS-D核数据库的基准题计算验证[J];核动力工程;2007年06期

相关博士学位论文 前2条

1 张知竹;三维特征线方法的并行与加速方法研究[D];清华大学;2013年

2 汤春桃;中子输运方程特征线解法及嵌入式组件均匀化方法的研究[D];上海交通大学;2009年

相关硕士学位论文 前1条

1 朱晓翔;一维离散纵标输运及燃耗计算程序的开发和应用[D];合肥工业大学;2003年

本文编号：2825220