超级均匀化方法在压水堆堆芯Pin-by-pin计算中的应用与研究

在压水堆堆芯Pin-by-pin计算中,采用超级均匀化(SPH)方法作为均匀化技术,对燃料组件传统SPH因子进行计算,生成了Pin-by-pin等效均匀化参数。针对存在中子泄漏现象的反射层组件,研究了与空间泄漏相关的SPH方法,在保证反应率守恒的基础上,同时保证各栅元各能群的中子泄漏率守恒,解决了存在中子泄漏时SPH因子迭代计算的不收敛问题,生成了反射层组件的等效均匀化参数。基于KAIST基准题,分析了压水堆堆芯Pin-by-pin计算中应用SPH因子的堆芯计算精度。数值结果表明,与传统组件均匀化计算方法相比,应用SPH方法的压水堆堆芯Pin-by-pin计算的计算精度更高。

超级均匀化方法用于球床氟盐冷却高温堆扩散计算

球床氟盐冷却高温堆的控制棒位于侧反应射层内,存在无裂变中子源且受堆芯泄漏谱强烈影响的强吸收体区域扩散计算难题。超级均匀化方法(Super Homogenization,SPH)被用于对氟盐球冷却床堆侧反射层中控制棒区域的强吸收体进行等效均匀化处理,同时堆芯除控制棒区域外采用谱修正方法(Spectra Modification,SM),将输运计算的结果作为基准进行验算。结果表明,SM-SPH模型能有效地计算球床氟盐冷却高温堆反射层控制棒价值及通量分布,并且较常规的SPH方法能更好地处理棒间干涉效应。

堆芯Pin-by-pin超级均匀化因子计算方法研究

随着科学研究的不断深入、计算条件和对设计计算精度要求的不断提高,全堆芯Pin-by-pin计算已成为了下一代堆芯数值计算方法研究热点。超级均匀化方法作为全堆芯Pin-by-pin计算的均匀化方法主流方法之一被广泛使用。针对燃料组件采用传统超级均匀化方法,对存在中子泄漏的反射层组件采用空间泄漏相关的超级均匀化方法,产生了包含超级均匀化因子在内的等效均匀化常数。基于三维C5G7基准题,分析了此等效均匀化常数计算方式在非均匀性较强、中子泄漏较大反应堆堆芯的中子学计算精度。数值结果表明:与传统组件均匀化计算方法相比,应用了超级均匀化方法的堆芯Pin-by-pin计算的计算精度更高。

等效均匀化方法在连续能量蒙特卡罗均匀化群常数上的应用

连续能量蒙特卡罗方法均匀化群常数直接用于堆芯均匀计算,不能与非均匀计算保持反应率和界面流守恒,需进一步处理使其满足等效均匀化原理。本工作研究广义均匀化理论(GET)和超级均匀化方法(SPH)在蒙特卡罗均匀化中的应用,并数值验证简化压水堆堆芯和C5G7基准题。研究表明,GET和SPH的应用提高了蒙特卡罗均匀化群常数堆芯扩散计算的精度,可作为蒙特卡罗等效均匀化方法。

小型铅冷快堆堆芯物理计算软件的开发与临界实验验证

在铅冷快堆(LFR)型号研发中,准确高效的堆芯物理计算是堆芯核设计的基础。针对小型LFR特殊的能谱与材料环境,首先利用蒙特卡罗开源软件OpenMC实现栅元与组件的蒙特卡罗均匀化。基于有限体积法的开源软件OpenFOAM开发了中子扩散求解器DESOF,通过Python形成完整的堆芯物理计算软件MCDESOF。利用超级均匀化方法实现了组件的等效均匀化,通过4种典型的LFR燃料组件模型对MCDESOF进行了数值验证。开展了LFR临界实验,将MCDESOF计算结果与测量结果进行对比,临界附近的反应性偏差小于100 pcm,安全棒价值偏差小于200 pcm,计算准确度达到与蒙特卡罗全堆建模计算的水平,所需的计算时间小于蒙特卡罗全堆建模计算时间的25%。

基于GPU加速的三维堆芯物理程序STORK的开发与验证

基于小型多GPU计算平台,采用二维全堆逐层特征线方法(MOC)和三维逐棒(pin-by-pin)三阶简化球谐函数方法(SP3方法)相耦合的方式开发了堆芯三维输运中子学计算程序STORK。在方法论方面,首先通过对堆芯各轴向层的二维MOC输运计算在线产生栅元均匀化截面以及超级均匀化修正因子(SPH因子),然后采用SP3方法进行pin-by-pin三维堆芯计算。在程序开发方面,采用了CUDA、C++和Python的混合编程,且所有计算模块都基于CUDA/C++开发,并进行了大量的性能优化。通过对C5G7三维插棒基准题和VERA基准题的验证表明,与国际上同类中子学计算软件相比,基于CPU/GPU异构系统开发的STORK程序在计算效率和计算成本方面都具有明显优势。

反应堆堆芯先进中子学模拟软件SCAP-N研发

堆芯中子学计算是反应堆设计分析的基础,为提高堆芯中子学计算的模拟分辨率与计算精度,开发了反应堆堆芯先进中子学模拟软件(SCAP-N)。该程序首先根据轴向特征对堆芯进行分层,并逐层进行二维堆芯非均匀输运计算,再采用超级均匀化方法(SPH)获得栅元等效均匀化截面,最后进行三维堆芯逐棒(pin-by-pin)输运计算,获得堆芯有效增殖因子与精细棒功率分布。为提高程序计算效率,采用分布式/共享式(MPI/OPENMP)混合并行方式对程序进行了并行化开发。利用虚拟反应堆(VERA)系列基准例题及美国先进非能动压水堆(AP1000)启动物理试验实测数据对程序进行了测试验证。结果表明,相比于商用核设计程序系统,SCAP-N程序采用的逐棒输运技术能够提高堆芯中子学的计算精度。与同类型高精度中子学程序相比,SCAP-N具有更高的计算效率,可进一步提高核电厂的经济性及运行灵活性。