基于非线性迭代的反应堆三维堆芯实时数值模拟

为了提高两群三维中子时空扩散方程的求解精度与速度,基于非线性迭代策略的瞬态求解方法被应用于反应堆堆芯的实时数值模拟过程中。中子通量密度与功率的瞬态空间分布应用粗网有限差分法(Coarse Mesh Finite Difference Method,CMFD)来实时求解;应用节块展开法(Nodal Expansion Method,NEM)来计算耦合修正因子;非线性迭代法(Nonlinear Iteration Method,NIM)利用耦合修正因子来实时校正CMFD的耦合系数;采用动态群参数校正方法来降低控制棒尖端效应。开发了反应堆三维堆芯实时数值模拟程序,利用典型基准算例进行了实时仿真验证。结果表明:NIM融合了NEM精度高与CMFD速度快的优点,可以有效地解决核电站全范围仿真机开发过程中,反应堆三维堆芯瞬态仿真模型的高精度与实时性兼顾的问题;动态群参数校正方法可以有效降低控制棒尖端效应,验证过程中对不同的网格划分、不同的迭代收敛准则进行了性能测试与敏感性分析,对其合理选择提出了建议。

动力学耦合分析下反应堆被动容错可靠性控制

反应堆长时间、高负荷的运转,使内部各设备出现不同程度磨损,易发生故障。由于反应堆变量复杂,导致其控制难度较大。为此,提出动力学耦合分析下反应堆被动容错可靠性控制方法。根据差分格式、因子分解理论求解反应堆相关变量,即密度、能量、位置及其运动方向等,按照燃料与冷却剂的温度、密度求解每个区域的截面,确定反应堆运行状态;运用事件触发机制设计反应堆被动容错控制程序,使用故障分布矩阵分析每个设备故障程度,检测出故障位置,通过控制率重组理念修改正常状态反馈回路增益,使修改后系统与正常系统性能一致。实验结果表明,所提方法故障检测结果与实际情况一致,且控制误差小,有效提升了反应堆被动容错控制的可靠性。

PROTEUS-MOC在TREAT试验堆稳态中子学计算中的应用

TREAT(Transient Reactor Test Facility)是一种用于测试反应堆燃料和结构材料性能的实验堆。该堆结构复杂,采用气冷设计和石墨慢化,在径向和轴向上均具有很强的中子泄漏和非均匀性,对三维中子学的模拟提出了较大的挑战。PROTEUS-MOC由美国阿贡国家实验室和密歇根大学合作开发,采用二维特征线方法和一维间断伽辽金有限元方法分别处理角通量的径向和轴向分布。为测试PROTEUS-MOC的精度和效率,利用该程序对TREAT试验堆进行了稳态中子学计算。计算结果表明:PROTEUS-MOC程序的精度较高,能准确描述TREAT的轴向和径向的强中子泄漏。与Monte Carlo程序Serpent相比,特征值相对误差仅为0.12%。另外,PROTEUS-MOC所采用的加速方法 TLPCMFD(Two-Level pCMFD)可以将计算速度提高26倍。