CSNS退耦合液氢慢化器中子物理-热工耦合模拟

本文分析了中国散裂中子源(CSNS)退耦合窄化液氢慢化器(Decoupled Posioned Hydrogen Moderator,DPHM)热沉积分布,对慢化工质、窄化片和容器进行了流固共轭传热三维数值分析。针对DPHM热源的不规则分布,提出了适合DPHM的中子物理-热工热源耦合方法,考察了不同流量对慢化器的慢化工质-液氢的平均温度的影响。计算结果表明:中子物理-热工耦合方法能更真实地在热分析计算中反映CSNS的热源分布,液氢的温度随流量增加呈现非线性降低,在选定流量下液氢的温度分布符合中子物理要求。本文的分析结果为中子物理、慢化器结构以及低温系统的设计和优化提供理论依据。

基于有限差分Newton-Krylov方法的中子-热工联立求解

利用Newton-Krylov方法联立求解中子-热工耦合问题,Newton迭代具有收敛速度高于传统耦合方法的优势。采用有限差分方法构建Jacobian矩阵,以避免需要Jacobian矩阵的解析表达式。利用有限差分方法直接计算Jacobian矩阵存在计算代价过大的缺点,通过考虑Jacobian矩阵的稀疏结构,减少了Jacobian矩阵的计算代价。通过二维简化中子-热工耦合模型,给出了Newton-Krylov方法与传统耦合方法的计算效率的对比,Newton-Krylov方法的计算效率具有明显优势。

基于非线性预处理JFNK的中子-热工联立求解

利用Jacobian-free Newton-Krylov(JFNK)方法联立求解中子-热工耦合问题,采用非线性预处理方式,以避免求解非线性残差,使得JFNK具有可以充分利用原有的中子-热工计算程序,易于实现'黑箱'耦合的特点。对非线性预处理的相关性质进行分析,同时对非线性预处理与线性预处理的区别与联系以及计算效率进行理论分析。以二维简化中子-热工耦合模型作为算例,对比非线性预处理/线性预处理JFNK方法、传统耦合求解方法的计算效率。结果表明:非线性预处理/线性预处理JFNK方法的计算效率比传统方法具有明显优势,线性预处理的计算效率高于非线性预处理。