高温气冷堆堆芯中子时空动力学模拟计算

研究开发三维圆柱几何堆芯多群中子时空动力学改进准静态方法模拟计算程序.对给定的模块式高温气冷堆模型进行模拟计算.初始状态下,计算结果与中子扩散程序CITATION吻合很好.动态情况下,模拟堆芯反应性、堆内各能群中子平均注量率和堆芯相对功率等物理量随时间变化,计算结果与理论分析一致.

高温气冷堆中子时空动力学实时仿真计算

本文研究开发了三维圆柱几何堆芯多群中子时空动力学改进准静态方法模拟计算程序。对给定的模块式高温气冷堆模型进行了模拟计算。在初始状态下,该程序的计算结果与中子扩散程序CITATION的计算结果吻合很好。在动态情况下,模拟了堆芯反应性、堆内各能群中子平均注量率和堆芯相对功率等物理量随时间的变化。计算结果与理论分析一致,在一定精度下,可达到实时仿真计算的要求。

基于IQS/MC方法的ADS次临界反应堆中子时空动力学模拟分析

采用改进准静态近似与蒙特卡罗中子输运程序相结合(IQS/MC)的方法实现了加速器驱动的次临界系统(ADS)中子时空动力学模拟计算。以加速器驱动嬗变研究装置的靶堆耦合参考方案物理模型为例,通过对束流瞬变引入和燃料组件提升两种工况进行动态模拟,计算得到了堆芯总的相对功率、分能群相对中子注量率及相对功率三维网格分布随时间的变化。将IQS/MC方法计算结果与点堆计算结果进行了对比分析,模拟结果符合物理规律,两种方法对比结果与国外相关文献一致,表明IQS/MC方法适用于ADS次临界反应堆中子时空动力学过程的瞬态安全分析。

蒙特卡罗方法在中子时空动力学问题中的应用

对现有用于解决核反应堆时空动力学问题的基于输运理论的各种方法与计算机程序系统进行了分析。综合考虑了确定论方法和蒙特卡罗方法求解输运问题的优缺点,提出一种以蒙特卡罗方法为基础的直接模拟方法。该方法通过直接模拟堆芯内中子和先驱核的动态行为来实现对瞬态问题的求解,取消了现有方法的各种近似,具有普适通用性。为了验证该方法的有效性,在一定近似处理的前提下,开发出了相应的程序,并计算了相关的问题。结果表明,该方法用于计算各种核反应堆动力学问题是可行的。

ADS次临界系统中子时空动力学程序设计

为了实现加速器驱动次临界系统(accelerator driven sub-critical system,ADS)中子时空动力学过程模拟计算,基于蒙特卡罗中子输运程序(monte carlo N-particle transport code system)与时空变量分离的改进准静态近似法(improved quasi-static,IQS),开发了多群中子时空动力学模拟计算程序。在改进准静态方法的框架下,由MCNPX程序计算给出中子注量率归一化形状函数分布和所需的动力学参数,由点堆动力学计算给出中子注量率幅度函数值,二者耦合计算可实现ADS次临界反应堆中子时空动力学过程的模拟。程序内置了集总参数的热工反馈模型。针对国际原子能机构(international atomic energy agency,IAEA)的ADS基准题,对束流瞬变工况进行模拟计算,结果表明:相对中子注量率的变化情况与束流变化情况相同,模拟结果与理论分析一致。

中子时空动力学直接模拟方法研究与程序研制

直接模拟方法(DSM)是一种新的用于求解三维瞬态中子输运问题的方法。该方法通过直接模拟瞬态过程中系统内中子和缓发中子先驱核的动态行为来求解核反应堆动力学问题。由于该方法取消了现有方法的各种近似,具有普适通用性。本文在详细研究该方法的基础上,开发了相应的瞬态分析程序TMCC,并进行了算例的验证。

中子时空动力学内瞬态热工反馈计算的分析

以中子学计算为主干,采用隐式龙格库塔进行时间离散,粗网节块法进行扩散计算实现堆芯三维少群时空动力学的计算。在其瞬态计算过程中引入热工反馈计算进行截面更新,以逼近真实堆芯的瞬态行为。解读和分析对应的热工反馈计算部分,并通过福清机组的插棒提棒问题进行数值验证。结果表明引入的热工反馈计算在固定步长和自适应步长情况下与商业SMART软件的计算结果符合较好。

ILU-GCR算法用于高温气冷堆中子时空动力学实时仿真

将带不完全LU分解预处理的广义共轭残量(ILU-GCR)算法用于高温气冷堆中子时空动力学程序中形状函数的计算,通过与几种经典迭代方法比较,ILU-GCR算法的优势比较明显,可以达到实时仿真计算要求.对给定功率的高温气冷堆模型,模拟了"弹棒"事故情况下考虑过功率保护与ATWS两个过程中堆芯反应性、堆内各能群中子平均注量率、堆芯相对功率、堆内温度等物理量随时间变化,计算结果与理论分析一致.

ADS次临界系统中子时空动力学计算与瞬态分析

加速器驱动次临界反应堆(ADS)中子时空动力学计算需要考虑外中子源和空间分布的影响,比临界系统中子动力学计算要复杂得多。本文将改进准静态(IQS)近似与蒙特卡罗(MC)方法相结合,对于带外源的ADS次临界系统中子时空动力学过程,形状函数、动力学参数由MCNPX程序计算得到,幅度函数与集总参数热工反馈模型进行耦合计算,并开发了IQS/MC计算程序可视化操作界面。针对CIADS靶堆耦合系统参考方案物理模型,对引入束流瞬变及无保护失流工况过程进行瞬态模拟计算分析,给出了堆芯相对功率、燃料温度及冷却剂出口温度随时间的变化曲线。同时,将中子注量率进行分群计算,得到了堆芯分能群的相对中子注量率网格分布随时间的变化,模拟结果与理论分析一致。

改进准静态本征函数法求解反应堆时空中子动力学方程

本文提出一种改进准静态本征函数法并用于求解时空中子动力学方程。在改进准静态近似条件下,利用因子分解法将中子通量密度分解为幅函数和形状函数,进而采用本征函数法求解形状函数轴向和径向的近似解析解。在求解幅函数过程中,将幅函数化简为点堆模型下的形式进行求解,最终导出反应堆三维时空中子动力学方程的解析解。与其他解析法和数值解相比,改进准静态本征函数法的适用范围更广,计算速度更快。

时空中子动力学计算的刚性限制法

随着中子动力学计算的精度要求以及计算条件的不断提高,如何更好地处理三维时空中子动力学方程的刚性问题对于提高计算效率具有非常重要的工程应用价值。本文应用刚性限制法处理方程组的时间变量,并与空间变量处理方法变分节块法相耦合建立了相应的时空中子动力学计算模型。基准题的数值计算结果表明,刚性限制法可与包括变分节块法在内的各种稳态计算方法耦合以求解时空多群中子动力学问题,且取得了很好的计算精度,允许较大的计算时间步长,以及拥有很好的计算效率。

基于GPU并行的二维时空中子动力学MOC程序开发及验证

目前特征线方法(MOC)被广泛应用于反应堆精细中子输运计算。为提高基于MOC方法的时空中子动力学输运计算效率,本文开发了ALPHA程序的动力学计算模块,实现了基于GPU并行的二维精细动力学输运计算。同时,实现了基于GPU并行的CMFD加速计算,并对TWIGL基准题和MINI-CORE基准题进行验证。数值结果显示,基于GPU并行的中子动力学计算方法能保证良好的计算精度,且具有明显的加速效果。

三维中子动力学程序cosKIND针对核电厂仿真应用的典型基准题验证

重大专项"CAP1400全范围模拟机自主化核心技术研究"课题需要自主开发应用于全范围实时仿真计算的物理程序,该程序需具有较高的精度和效率指标要求。为获取COSINE软件包中子动力学程序cosKIND仿真改造的定量依据,对基于节块展开法和全隐向后差分的两群六组时空中子动力学求解器进行二维TWIGL和三维LMW国际基准题测试。在测试过程中,针对基准题特点设计专门的程序测试接口,采用三维轴向全反射边界模型等效模拟二维堆芯问题,并采用逐网格线性截面变化近似模拟控制棒动作。测试结果显示,该求解器的计算结果与参考值相比整体偏小,求解器的计算精度基本满足仿真计算的需求,且计算精度随时间尺度和空间尺度的变化趋势基本合理;但是通过对黑盒测试结果的深入分析表明,该求解器和参考文献中的程序由于截面引入方式的问题,在时间步长较粗时可能导致较大的计算误差。该测试结果为后序基于cosKIND来进行开发优化的求解器提供了定量依据,也为后期cosKIND程序应用于全范围模拟机提出了改进建议。

三维瞬态输运程序在中子点火中的应用

基于广义半马尔科夫过程模拟方法开发了一套三维中子输运瞬态蒙特卡罗程序GSMP3D,该程序使用ACE格式连续截面,适用于随机中子场瞬态和强中子场瞬态问题的求解。以美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)和洛斯阿拉莫斯国家实验室(LANL)提供的中子点火对算模型为例,对比了GSMP3D与美国点火程序Mercury的计算结果,二者吻合很好,GSMP3D不仅给出了中子点火概率,还提供了定态点火实验的中子爆发等待时间的统计结果。表明该程序可用于处理中子点火问题。

三维瞬态物理分析模型与RELAP5/mod3.2程序的耦合研究

在系统热工水力程序RELAP5/mod3.2的基础上,采用显式方法建立了堆芯三维时空中子动力学与一维热工水力计算的耦合模型,接入基于非线性迭代半解析节块法的三维瞬态物理分析模型(NLSANMT)后,形成了一个具有堆芯三维瞬态物理特性分析能力的系统计算程序NLSANMT/RELAP5(mod3.2)。通过核动力反应堆温度反馈系数、堆芯功率分布参数的校算及单束控制棒失控抽出事故的模拟分析,验证了接口的正确性。验证结果表明,与RELAP5/mod3.2相比,所开发的NLSANMT/RELAP5(mod3.2)程序具有更强的堆芯物理瞬态分析能力。

基于指数变换的瞬态扩散方程求解方法研究

本文重点研究了基于指数变换的瞬态扩散方程求解方法,时间上采用指数变换减弱刚性问题的影响,并采用时间积分法提高计算精度。几何上采取细网有限差分以提高计算精度,并且采用平方共轭梯度法进行最后的方程组求解。本文基于上述方法开发了三维多群中子时空动力学计算程序。

压水堆堆芯多专业耦合计算软件COMPCS的研制与初步应用

基于3维时空中子动力学计算软件CORCA-K、堆芯热工水力计算软件CORTH及截面更新计算软件PACFAC,研制了压水堆堆芯多专业耦合计算软件COMPCS。采用压水堆弹棒基准题NEACRP和MOX/UO 2对COMPCS软件的弹棒事故模拟能力进行了验证,并对“华龙一号”堆芯首循环弹棒事故开展了模拟计算,分析了初始功率水平和弹棒时间对弹棒过程中堆芯相对功率、燃料芯块温度峰值和包壳温度峰值的影响。结果表明,COMPCS软件对2种基准题的计算结果与相应的参考结果符合良好,具有较高的计算精度;在寿期末,初始功率水平较高、且弹棒时间较短时,堆芯相对功率水平上升速率更快,会形成功率和燃料温度峰值;在首循环典型弹棒过程中,“华龙一号”燃料芯块温度峰值和包壳温度峰值均低于设计限值,不会威胁包壳的完整性。