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FRAM-蒙特卡洛模拟的危化类实验安全分析和屏障管理

为有效提升实验室安全管理水平,并应对高风险危化类实验的安全隐患,该文结合功能共振分析法(functional resonance analysis method,FRAM)和蒙特卡洛模拟,对危化类实验开展安全分析和屏障管理。首先,使用FRAM方法识别完成任务所需的功能和耦合,形成FRAM模型;然后,采用蒙特卡洛模拟分析FRAM模型中功能和耦合的变化性,并识别关键耦合;最后,制定相应的屏障管理措施。结果显示,该研究能充分捕捉危化类实验中的薄弱环节,以及各环节间的联系,同时也验证了FRAM-蒙特卡洛方法在危化类实验中的可行性和有效性。

太阳辐射强度对太阳能腔式吸热器热流密度的影响

基于蒙特卡罗方法对抛物线碟式太阳能系统腔式吸热器的热流密度进行数值模拟研究,得知哈尔滨地区3种不同太阳辐射强度条件下吸热腔的热流分布沿高度方向基本呈正态分布,最大热流出现在吸热器高度为130mm处,最大热流值为0.22MW/m2。同时对不同太阳辐射强度下的腔式吸热器热流分布进行实验研究,结果显示实验结果与数值模拟结果吻合较好,误差在±3.63%以内。

蒙卡-燃耗程序系统及ADS基准题的计算

为对核废物进行嬗变,提出了加速器驱动的次临界系统(ADS)。由于外中子源的存在及中子注量率的各向异性,ADS的核计算和常规反应堆的有较大的差别,原则上需要应用中子输运理论的方法,目前尚无成熟的计算方法与程序。为此,IAEA提出了ADS基准题。基准题分为几个阶段,第一阶段主要致力于ADS的中子性能分析,检验现有核数据库、计算方法和程序的可靠性及不确定性。开发了MC-NT-ORIGEN2程序系统,并对该基准题进行了给定次临界点下的富集度、零燃耗下的径向与轴向的功率分布、反应性空泡效应、外源价值和燃耗的计算,取得了满意的结果。

蒙特卡罗方法在X光源尺寸测量中的应用

利用蒙特卡罗方法对两种X光源尺寸测量方法狭缝法和刃边法进行了模拟,比较了在不同实验布局条件下的模拟结果,指出X射线的强穿透性对成像具有较大的影响,使狭缝像的底部展宽,影响对光源特性的判断,同时使刃边法的测量精度在一定程度上受对中精度的制约。为减小其影响,在保证不降低图像接收范围、图像对比度以及测量精度的基础上,设计了新的狭缝法实验测量布局,同时建议用ROLLBAR法代替刃边法进行测量。

考虑历史洪水时Gumbel分布线性矩法的研究

在介绍Gumbel分布线性矩及其参数关系的基础上,提出了可考虑历史洪水的线性矩公式。通过统计试验分析了线性矩法在该分布中的统计性能及历史洪水公式的适用性,并与绝对值准则和平方和准则两种不同适线法、矩法作了比较。统计试验结果表明,线性矩法不仅参数及设计值不偏性能最好,而且具有较好的有效性,线性矩法是四种方法中最好的一种。针对历史洪水取值及其重现期存在着一定误差,利用统计试验方法对不同参数估计方法的误差影响作了计算分析,结果表明线性矩法最为稳定,历史洪水误差对其影响较小。

驻波声场中细微颗粒凝并的数值模拟

为揭示燃烧源细微颗粒的声凝并机理与效果,采用数值模拟方法对水平驻波声场作用下细微颗粒的运动和凝并特性进行研究.通过实验对细微颗粒运动特性数值模拟结果进行验证,基于多重蒙特卡罗(mu lti-MonteCarlo)方法的硬球模型研究细微颗粒之间的凝并.结果表明:在极短时间内,颗粒粒径分布发生显著改变,团聚现象明显;颗粒在声场中的停留时间对团聚的发生有重要影响;增大细微颗粒浓度,团聚发生强烈;采用高强度声场,是提高团聚效果的有力措施.

船抛块石随机模型研究

利用Monte Carlo法对抛石机理进行了初步研究 ,并与水槽试验进行对比 ,结果较为满意 。

基于数值试验的大型降落伞开伞冲击载荷峰值研究

针对大型降落伞开伞冲击载荷峰值的极限难以通过一般搜索算法求得的情况,采用Monte Carlo仿真和正交试验两种数值试验方法对多因素影响下的大型伞开伞力峰值极值情况进行了研究。当给定21个影响因素在小范围内变动时,近似认为指标极值在影响因素变化边界上取得。对比Monte Carlo仿真结果和正交试验仿真结果表明:两种数值仿真得到的开伞力峰值极值较为相近;Monte Carlo仿真结果随着仿真次数的增加逐渐逼近正交试验结果;可以将正交试验结果作为开伞力峰值的极值。

线性矩法估计参数的保证修正值系数B的推求

在设计洪水的抽样误差估计中,采用保证修正值系数B方法估计均方差简单易用。应用线性矩法估计频率分布曲线的参数,有较好的无偏性和有效性,具有一定的应用前景。目前线性矩法的B值诺模图尚未确定,给用线性矩法确定参数时估计抽样误差带来了难度与不便。采用统计试验,分析了离差系数、偏态系数和样本长度对B值的影响,结果表明线性矩法估计参数时仍可采用保证修正值系数B值诺模图方法来估计抽样误差,并推求了不同偏态系数、设计频率情形下的B值,制成了线性矩法的B值诺模图备用。

MCMG程序用于多群截面检验的可行性研究

以三维多群蒙特卡罗输运程序MCMG模拟计算了5个一维快临界基准实验装置和1个三维快临界基准装置的有效增殖因数和注量谱或泄漏谱,并与确定论多群离散纵坐标程序ANISN和连续截面蒙特卡罗程序MCNP的计算结果进行对比分析。结果表明,MCMG计算结果与ANISN结果有较好的符合,并接近MCNP计算结果,初步验证了MCMG应用于多群截面检验的可行性。

水文频率分析中参数估计SAGA-ML方法的研究

建立基于模拟退火遗传算法(Simulated Annealing Genetic Algorithm,SAGA)的改进极大似然法,即将似然函数相反数求解极小值的表达式作为目标函数,依据矩法估计参数取值范围作为约束条件,然后应用SAGA进行参数估计。与常规极大似然法思路有本质不同,改进极大似然法通过遗传算法进行参数优化。通过蒙特卡罗试验,验证了改进极大似然法在参数估计和不同频率设计值估计两个方面均具有很好的准确性,与基于最大熵原理的方法效果相当,优于其他方法;同时该方法不受线型类型、参数数目和约束条件的限制;可以避免应用常规极大似然法时出现似然方程无解等情况;且求解过程简便快捷,使极大似然法在理论上和实际应用中都成为有效的方法。

海洋平台E36-Z35钢表面疲劳裂纹扩展速率的蒙特卡洛模拟

本文利用蒙特卡洛法模拟分析海洋平台Ｅ３６Ｚ３５钢表面疲劳裂纹扩展速率，并确定了算式中的参数分布规律及相关性。通过计算数据与试验数据的对比分析，表明蒙特卡洛法模拟结果合理、可靠。

一种自适应PC-Kriging模型的结构可靠性分析方法

为提高小失效概率及耗时的复杂结构可靠性评估精度和效率,提出了一种基于PC-Kriging(polynomial-chaos-based Kriging)模型与自适应k-means聚类分析相结合的结构可靠性分析方法.PC-Kriging的回归基函数采用稀疏多项式最优截断集合来近似数值模型全局行为,并用Kriging来处理模型输出的局部变化.在基函数的建立上,PC-Kriging采用最小角回归(LAR)计算功能函数可能的多项式基函数集的数量,同时用Akaike信息准则(AIC)来确定最优多项式形式.自适应k-means聚类分析确保每次迭代添加若干个对失效概率贡献较大的样本点.通过两个数值算例分析,结果表明所提出方法在能够保证失效概率估计值的有效性和准确性的同时减小结构功能函数的评估次数.

光子空气散射基准问题的Monte Carlo模拟

用并行化的MCNP(Monte Carlo N-particle)程序模拟了美国堪萨斯州立大学1977的光子散射实验基准问题。针对不加顶盖屏蔽层的情况,对问题的几何和材料进行了详细的描述,模拟了地面、水泥柱壳屏蔽体和小车的散射。由于问题并不是完全轴对称的,因而采用的是点探测器估计,用100个处理器模拟了1亿个样本,给出了计算结果和实验值的对比,模拟结果和试验结果存在一些差别,但趋势相同。同时,用指向概率法的MCCO程序与MCNP进行了比较。模拟中还考虑了加重要性和不加重要性对计算效率的影响。

罩式退火炉热过程数学模型与实验验证

考虑对流板复杂的几何结构,建立三维模型,采用正交试验法模拟获得流量、外径和炉内温度对炉内各处努塞尔数Nu分布的影响,得到流量在考察的3种因素内流量的影响作用最强的结论。接着进一步分析Nu随流量的变化,并拟合得到各处Nu与流量的关系式;为了解决炉内复杂几何形状条件下的辐射换热角系数求解问题,采用Monte Carlo方法建立炉内辐射换热角系数求解模型,并最终采用热辐射网络图法求解炉内辐射换热。通过现场进行热电偶插片实验验证本文所建立模型的准确性。研究结果表明:模拟计算得到的温度与现场实测值基本一致,证明了模型的准确可靠性。

超级等效方法研究

在广义等效理论(GET)和超级均匀化方法(SPH)的基础上,提出同时满足反应率、界面流和组件特征值守恒,且不显式使用等效因子的超级等效方法(SPE)。在蒙特卡罗组件均匀化中应用SPE,将该方法植入蒙特卡罗组件均匀化程序MCMC,并通过C5G7基准题进行验证。验证分析表明:SPE等效均匀化群常数堆芯计算精度更高,适应性更广。

激光诱导间质肿瘤热疗的数值模拟和实验研究

本文在考虑生物组织物性动态变化的情况下建立了激光诱导间质肿瘤热疗(LITT)的物理数学模型,采用MonteCarlo方法数值模拟了LITT中激光能量在生物组织内的传输过程,基于Pennes生物传热方程和Arrhenius方程数值求解了组织内的温度分布和热损伤体积的变化,分析了热物性及血液灌注率的动态变化对LITT过程的影响,并与相应的离体实验结果进行了对比。数值模拟结果表明,组织的热物性及血液灌注率的动态变化对于热损伤体积的变化具有重要的影响。因此在激光诱导间质肿瘤热疗的数值模拟中应该考虑热物性及血液灌注率的动态变化以期为临床治疗方案的制定提供更为准确的依据。

轻木夹层板可靠度分析的有限元模拟与试验

为进一步研究轻木夹层板的可靠性,提出了一种研究轻木夹层板可靠性的分析方法。首先采用ANSYS分析轻木夹层板的受力特性,并根据所建立的三种轻木夹层板失效准则分别计算其对应的可靠度,然后对轻木夹层板进行加载破坏试验并计算可靠度,最后对比有限元模拟和试验数据。结果表明:随机有限元法和试验得到的结果相差5.76%,在误差允许范围内,两者比较吻合,说明随机有限元法在分析轻木夹层板的可靠度方面是可行有效的,并且比加载试验具有更高的安全系数;另外,粘胶脱胶是大多数轻木夹层板破坏的直接原因。

用蒙特卡洛方法研究冲击测温实验优化设计与不确定度评定

讨论了使用蒙特卡洛方法研究冲击测温实验优化设计的问题。针对目前的实际条件 ,计算了 1 0种典型设计对 2 0 0 0～ 1 0 0 0 0K温度区间进行探测的不确定度。综合分析给出了优化的实验设计所应考虑的因素 ,计算过程同时解决了冲击测温实验温度不确定度的评定问题。显示了蒙特卡洛方法在较复杂实验系统优化设计及不确定度评定方面的良好应用前景。