基于统一耦合框架的堆芯物理热工耦合程序的开发及验证

为实现对反应堆多物理多尺度场的综合模拟,基于统一耦合接口理念ICoCo和统一数据传递模型MED库,对中子时空动力学程序CORCA-K和子通道程序CORTH进行了程序封装,并采用supervisor流程控制方案实现了CORCA-K和CORTH之间的耦合.通过三维轻水堆国际基准NEACRP弹棒算例进行程序验证,数值结果表明,基于统一耦合框架的CORCA-K和CORTH的耦合程序可以实现CORCA-K和CORTH之间的场数据传递与耦合计算,计算结果与CORCA-K已开发的耦合接口计算结果符合地很好,二者与基准结果基本一致.

基于统一耦合框架的系统程序封装开发与验证

反应堆系统的状态与堆芯物理、流体、结构、控制和外部条件紧密联系。为了能够充分考虑反应堆多尺度多物理耦合特性,需要建立起系统级耦合分析软件,用于评估反应堆系统在稳态、瞬态和事故工况下的行为特性。统一耦合接口理念ICoCo(Interface for Code Coupling)具有规范化和可复用的优势,基于ICoCo对系统程序Relap5mod3.2进行了程序封装,并采用supervisor流程控制方案进行调度,开展回归测试,验证了封装前后计算结果一致。并在此基础上开发接管、控制体、泵和阀门等重要部件相关数据的输入输出ICoCo接口,一方面开展两个Relap5程序的并发耦合工作,验证耦合接口正确性;另一方面通过将控制模块外移,在supervisor中实现对Relap5的控制,从而允许未来更先进的控制及其优化算法应用到反应堆控制安全系统的设计、分析与优化中。

适用于反应堆的多物理耦合框架研究

本文对适用于反应堆的多物理耦合框架进行相关介绍,并且对其基本层级结构做进一步描述,指出了发展多物理耦合框架的关键点。

基于反应堆多物理耦合框架并行网格映射的实现与效率分析

反应堆精细化物理热工耦合计算可以更准确地模拟堆芯行为,但现有分析程序对不同物理场进行计算时,采用不同的离散格式和网格划分,从而导致各个物理场之间离散变量的传递需要复杂网格映射关系,特别是全堆芯精细化建模,其大规模网格映射将影响耦合系统的求解精度与效率。本文基于自主研发的多物理耦合框架MORE,以及集成于MORE的热工水力子通道软件CORTH、蒙卡程序RMC,采用区域分解并行网格映射的方法,实现了全堆芯精细网格的物理热工耦合计算,百万级的结构化网格与非结构化网格映射,20个核并行映射时间最少为8 s,最高并行映射效率为10个核并行所达到的77.96%,提升了耦合计算效率。

有意义的创新:基于复杂系统视角的交互耦合框架

经济社会发展从“规模与效率”向“价值与意义”的转向是新时代人类社会发展的重要指征。作为引导创新主体主动关注社会需求与未来发展的创新范式,有意义的创新(Meaningful Innovation,MI)之兴起体现了人文精神与哲学思考在技术创新与经济发展中的“回归”。研究基于复杂系统视角,探索有意义创新的前因问题。研究构建了整合有意义的创新与“双元创新能力”(Ambidextrous Innovation Capability,AIC)的交互耦合框架,认为创新意义的价值发现是探索式学习的过程,而其价值转化是利用式学习的过程。面对资源的约束与环境的挑战,企业应当发展双元创新能力实现资源协同,平衡短期收益与长期发展,协调效率逻辑与意义逻辑,兼顾企业利益与社会福利,推动经济社会的良性发展。

全球化在倒退吗?——一个国家间耦合关系视角的观察

本文借鉴计算机领域耦合理论,构建适用于研究国家间耦合关系的分析框架,重新审视全球化进程,根据耦合程度高低分为七大类型:内容耦合、公共耦合、外部耦合、控制耦合、标记耦合、数据耦合、零耦合或脱钩。研究认为:第一,正确判断当下全球化趋势,应当同时观察耦合关系中的结构型变量和数值型变量变化,不应单独抓住数值型变量变化来判断全球化趋势。第二,在未来全球化进程中,国家间的耦合关系会不断调整,尽管当前全球化进程遭受保护主义、单边主义以及技术阻隔等多重不利影响,但全球化没有倒退,反而以更加快速、深入和复杂的方式推进,各国仍会在求同存异中寻找合作机会,当前保护主义和孤立主义只是暂时现象。第三,中国需深度拥抱世界,继续切实落实制度型开放中的各项措施,加强与世界各国多维度交流,深化对外开放层次,加强产业链关联,降低与世界经济的主动脱钩和被动脱钩风险。

控制力矩陀螺转子-框架耦合系统动力学分析

针对传统分析方法将转子系统、框架系统分离而存在的不足,提出控制力矩陀螺转子-框架耦合系统动力学分析方法,利用ABAQUS建立转子、框架及耦合系统有限元模型,对转子、框架、耦合系统进行模态分析和谐响应分析,揭示转子、框架、耦合系统模态特性和谐响应规律。结果表明:与单独分析转子、框架相比,转子-框架耦合系统动力学特性的分析结果有较大差异,通过转子-框架耦合系统分析可有效筛选系统共振点;转子、框架、转子-框架耦合系统谐响应“峰值”频率与模态频率并不完全对应,且各阶“峰值”大小不同,这与振动参与系数有关,合理设计振动参与系数可有效提升系统优化设计准确性。所得结果可为控制力矩陀螺优化设计提供理论参考。

山地水土要素耦合效应及土地利用的优化配置

针对已有水土要素的耦合研究多强调水土资源的匹配及其对资源开发的影响,而较少关注水分的有效性和土壤养分对生态过程的影响,论文提出了"格局—效应—土地利用优化"的水土耦合研究框架,以水、土要素和其他环境因素的综合作用为基础,在同时考虑经济、社会和生态因素的约束下,对土地利用优化配置过程中的不确定性和风险性进行评估,并考虑土壤、坡度、土壤水、温度等约束因子,协调生态系统服务的权衡关系,对山地垂直带土地利用方式进行优化,提出水土资源高效利用和生态系统服务提升的途径,为变化环境下的生态功能保育提供科学依据。最后,对水土要素耦合的生态与环境效应及土地利用优化配置的优先研究方向给出建议。

特大城市群地区城镇化与生态环境交互耦合效应解析的理论框架及技术路径

特大城市群地区是国家经济发展的战略核心区和国家新型城镇化的主体区,担当着世界经济重心转移承载地的历史重任,但在发展过程中面临着日益严重的资源与生态环境的胁迫压力。开展特大城市群地区城镇化与生态环境交互耦合效应的研究,是未来10年地球系统科学研究的前沿领域和高优先研究主题。本文系统解析了特大城市群地区城镇化与生态环境交互耦合效应的基本理论框架。首先从理论上分析了特大城市群系统各自然要素和人文要素交互作用的非线性耦合关系及耦合特征,科学辨识近远程主控要素作用下城市群系统内外部各要素相互作用的胁迫强度、近远程耦合机理与规律,总结特大城市群地区城镇化与生态环境交互耦合圈理论,进一步构建多要素—多尺度—多情景—多模块—多智能体集成的时空耦合动力学模型,研发特大城市群地区可持续发展优化智能调控决策支持系统;其次从方法上将特大城市群地区视为一个开放的复杂巨系统,在建立同一标准化共享数据库的基础上,采用多要素—多目标—多模型—多情景环境下的城镇化与生态环境交互耦合集成技术方法、大数据支持下的城镇化与生态环境交互耦合技术方法,构建多尺度—多技术—多智能体集成的城镇化与生态环境交互耦合技术框架,按照分析时空演变特征—寻求主控要素—辨识耦合关系—揭示胁迫机制—发现耦合规律—筛选调控变量—求解临界阈值—进行调控试验—完成情景模拟—提出优化方案—完成情景模拟—提出优化方案—实现国家目标这样一条技术路径,提出解决问题的整体优化方案。本文旨在为特大城市群地区由问题集中区转为可持续发展区提供理论指导和方法支撑。

企业内部控制与财务危机预警耦合研究——一个基于契约理论的分析框架

如何控制企业风险,一直是理论界和实务界关注的焦点,企业内部控制与财务危机预警两大风险控制系统能否统一于企业风险管理框架之中,对此,本文基于契约理论对企业部控制与财务危机预警两大系统的本质属性进行了阐述,并在此基础上分析了影响企业风险的各个主要因素及其控制策略,最终构建了两者耦合的分析框架体系。

基于统一框架的多物理耦合方案研究与平台开发

为实现反应堆多物理、多过程、高保真数值计算,捕捉堆芯内部更真实的物理学行为,本文深入研究了多物理程序耦合方案,并基于上层监控架构、串行计算模式、网格一一映射的显式耦合方案,依托开源集成平台SALOME、通用平台接口ICoCo、三维堆芯中子学程序ADPRES和系统热工水力程序RELAP5搭建了基于统一框架的多物理耦合平台。经NEACRP-L-335压水堆弹棒基准题验证表明,耦合平台计算结果与基准例题吻合良好,耦合平台在功率峰捕获上更加准确,可释放部分安全裕量;对瞬态末各参数的计算结果也有足够高的精度,证明了耦合平台可对反应堆多物理、多过程耦合工况进行更精细、更深入的数值计算与安全分析。

基于模糊PID控制算法的微小型三轴稳定平台

针对微小型三轴稳定平台因框架耦合导致控制精度变低的问题,设计了一种模糊控制器与传统PID相结合的智能控制算法。将模糊PID控制器加入到稳定平台控制系统位置闭环中,通过对电机位置信号的采集与分析,得出模糊PID控制算法相比于传统PID控制算法,具有系统超调量小、控制精度较高、抗干扰能力强的结论。将平台置于高精度转台上进行动态测试,结果表明在该算法下系统的超调量σ可控制在1%以内,调节时间t控制在0.5 s以内,可实现对稳定平台偏航角、仰俯角和滚转角的稳定控制。

铅冷快堆多物理耦合分析方法及三维瞬态特性研究

为提高反应堆数值模拟的精度,基于通用程序耦合接口(ICOCO)规范与集成方法,构建了中子扩散程序(NDK)、子通道程序(KMC-SUB)以及计算流体力学(CFD)程序TrioCFD多尺度多物理耦合统一框架。通过对有源代码软件依照ICOCO规范进行封装并编写统一耦合调度程序,以中型模块化铅冷快堆(M2LFR-1000)为实例,研究了其在停堆工况和非对称无保护失流事故下的三维流动传热。研究结果表明,利用开发的多尺度多物理耦合分析工具能够更精确地捕捉铅冷快堆(LFR)的三维热工水力及整体现象。停堆工况下,上腔室出现明显的热分层现象;非对称无保护失流事故下,一回路热工参数发生明显震荡,且上腔室出现热分层、射流混合和再循环流动现象。

海水-海床-桥梁系统地震响应分析分区并行方法研究

我国沿海地区有多座已建或在建的跨海大桥,由于其位于环太平洋地震带上,地震较为频发,如何保障这些跨海大桥的地震安全十分重要.然而,跨海大桥地震反应分析涉及海水-海床-桥梁的相互作用,问题十分复杂,目前仍缺乏高效的分析方法.本文将地震作用下海水-海床-桥梁系统的反应分析问题看作是地震波经基岩、海床、海水入射到跨海桥梁的散射分析问题,发展了一套地震作用下海水-海床-桥梁系统反应分析的高效方法,并编制了相关分析程序.首先,采用传递矩阵方法得到地震波入射时海水-海床-基岩水平成层场地的自由场,结合人工边界条件,实现地震波散射分析的输入;其次,将海水、饱和海床、基岩采用广义饱和多孔介质模型统一进行描述,将海域场地中海水、饱和海床、基岩间的耦合分析统一在广义饱和多孔介质模型计算框架下,并通过集中质量显式有限元方法实现,可避免不同介质及方程之间的相互耦合,实现海域场地的高效有限元分析;然后,将海域场地-桥梁系统进行分区,海域场地和桥梁分别建模,并选择适合各自特点的分析方法和计算时间步距,实现海域场地-桥梁相互作用的分区并行分析.最后,以港珠澳大桥青州航道桥为例,根据港珠澳大桥青州航道桥地震设防标准、所处海域条件,采用调幅后的3条实际地震动记录作为输入,分析了青州航道桥的地震响应特征.