中子輸運方程特征線解法及嵌入式組件均勻化方法的研究.pdf

1、目前一代輕水堆堆芯物理分析理論和數(shù)值計算方法形成于上個世紀(jì)七十年代末。受限于當(dāng)時計算機的硬件條件,理論上存在近似和不足的現(xiàn)行堆芯物理分析方法已難以滿足當(dāng)今日益復(fù)雜的堆芯設(shè)計需求。因此,近些年國際上廣泛地開展了下一代(第三代)輕水堆堆芯數(shù)值計算理論和方法(Next Generation Methods,NGM)的研究。歸納起來,現(xiàn)有NGM研究的主要思路是完全拋棄組件均勻化和堆芯擴散計算而直接進(jìn)行Pin-by-Pin的三維全堆輸運計算,這樣

2、勢必會造成對多年積累的堆芯物理分析方法、經(jīng)驗、程序等資源的浪費。為此,本文提出了一套全新的NGM方案,目標(biāo)是將組件輸運計算產(chǎn)生等效均勻化參數(shù)的過程嵌入三維擴散計算中。本文通過改進(jìn)輸運計算方法、組件均勻化方法和等效均勻化參數(shù)產(chǎn)生方法,滿足未來復(fù)雜堆芯物理計算精度與速度的要求。本文的主要工作集中于中子輸運方程特征線解法的研究、程序PEACH的研制以及嵌入式組件均勻化方法的可行性分析。
　　 首先,本文基于特征線法研制了NGM的輸運計

3、算工具PEACH程序。程序PEACH的幾何處理,采用了以組件為模塊產(chǎn)生特征線的方法(Assembly ModularRay Tracing,AMRT)。這種特征線的產(chǎn)生方法既具備計算速度快和節(jié)省存儲量的優(yōu)點,又可以比較充分地考慮組件內(nèi)子區(qū)的任意性。程序PEACH的特征線跟蹤計算方法,分別采用了平源近似的步特征線法、菱形差分的特征線法和線性源近似的特征線法。本文在探討后兩種數(shù)值計算模型時,提出了相關(guān)負(fù)中子角通量和負(fù)中子源的處理方法,并通過

4、OECD/NEA C5G7-MOX2D等基準(zhǔn)題的數(shù)值檢驗,證明線性源近似的特征線法在相同精度的前提下占用更少的系統(tǒng)內(nèi)存和計算時間。程序PEACH中運用了由多群粗網(wǎng)有限差分(Coarse Mesh Finite Difference,CMFD)與少群粗網(wǎng)有限差分組合而成的兩重粗網(wǎng)有限差分加速方法,并建立了指數(shù)函數(shù)插值表,呈現(xiàn)出良好的加速效果。另外,本文基于MPI(Massage PassingInterface)并行環(huán)境實現(xiàn)了程序PEAC

5、H的并行化,獲得了較高的并行效率。
　　 其次,本文根據(jù)等效均勻化理論的基本原理,分別探討了基于精確解的均勻化方法、以反照率為邊界條件的再均勻化方法、傳統(tǒng)改進(jìn)的均勻化方法和Colorset均勻化方法。本文用相關(guān)的數(shù)值算例證實了在精確解已知的前提下均勻化后的擴散計算能完全恢復(fù)非均勻輸運計算的結(jié)果。在以反照率為邊界條件的再均勻化方法中,根據(jù)嵌入式均勻化方法的迭代策略,反照率只能從上一次堆芯擴散計算中獲得而且與角度無關(guān),數(shù)值結(jié)果表明在

6、這種框架下無法獲得高精度的等效均勻化參數(shù)。Colorset均勻化方法是一種多組件均勻化方法,它可以很好地考慮相鄰組件間的能譜干涉,是NGM較理想的候選均勻化方法。另外,由于PEACH這類程序(MOC+CMFD)具備輸運計算耗時與問題的幾何規(guī)模近似呈現(xiàn)線性關(guān)系的特性,本文推薦將基于二維傘堆芯輸運計算的均勻化模型作為NGM的嵌入式均勻化方法。
　　 最后,本文開發(fā)了解析法求解燃耗方程、泄漏修正等計算程序以及用于各模塊間數(shù)據(jù)處理的Li