中子輸運方程特征線解法及嵌入式組件均勻化方法的研究

1、中子輸運方程特征線解法及嵌入式組件均勻化方法的研究 目前一代輕水堆堆芯物理分析理論和數值計算方法形成于上個世紀七十年 代末。受限于當時計算機的硬件條件 , 理論上存在近似和缺乏的現行堆芯物理分 析方法已難以滿足當今日益復雜的堆芯設計需求。因此, 近些年國際上廣泛地開展了下一代 ( 第三代) 輕水堆堆芯數值計算理論 和方法(Next Generation Methods, NGM) 的研究。歸納起來,現有NGMff究的主 要思路是完全拋棄組件均勻化和堆芯擴散計算而直接進行 Pin-by-Pin 的三維全 堆輸運計算 , 這樣勢必會造成對多年積累的堆芯物理分析方法、經驗、程序等資 源的浪費。為此，

2、本文提出了一套全新的NGMT案，目標是將組件輸運計算產生等效均 勻化參數的過程嵌入三維擴散計算中。 本文通過改進輸運計算方法、 組件均勻化 方法和等效均勻化參數產生方法 , 滿足未來復雜堆芯物理計算精度與速度的要求。本文的主要工作集中于中子輸運方程特征線解法的研究、程序PEACH勺研制 以及嵌入式組件均勻化方法的可行性分析。首先 , 本文基于特征線法研制了 NGM 的輸運計算工具PEACH?序。程序PEACH勺幾何處理，采用了以組件為模塊產生特征線的方法(Assembly Modular Ray Tracing, AMRT。) 這種特征線的產生方法既具備計算速度快和節(jié)省 存儲量的優(yōu)點 , 又可

3、以比較充分地考慮組件內子區(qū)的任意性。程序PEACH勺特征線跟蹤計算方法，分別采用了平源近似的步特征線法、菱 形差分的特征線法和線性源近似的特征線法。 本文在探討后兩種數值計算模型時 , 提出了相關負中子角通量和負中子源的處理方法 , 并通過 OECD/NEA C5G7-MOX 2D等基準題的數值檢驗 , 證明線性源近似的特征線法在相同精度的前提下占用更少的系統(tǒng)內存和計算時間程序PEAC中運用了由多群粗網有限差分(Coarse MeshFinite Differenee, CMFD與少群粗網有限差分組合而成的兩重粗網有限差分加速方法，并建立了指 數函數插值表 , 呈現出良好的加速效果。另外 ,

4、本文基于 MPI(Massage Passing Interfaee)并行環(huán)境實現了程序PEACH勺并行化，獲得了較高的并行效率。其次, 本文根據等效均勻化理論的根本原理 , 分別探討了基于精確解的均勻 化方法、以反照率為邊界條件的再均勻化方法、傳統(tǒng)改進的均勻化方法和 Colorset 均勻化方法。本文用相關的數值算例證實了在精確解的前提下均 勻化后的擴散計算能完全恢復非均勻輸運計算的結果。在以反照率為邊界條件的再均勻化方法中 , 根據嵌入式均勻化方法的迭代策 略, 反照率只能從上一次堆芯擴散計算中獲得而且與角度無關 , 數值結果說明在 這種框架下無法獲得高精度的等效均勻化參數。 Colorset 均勻化方法是一種多 組件均勻化方法，它可以很好地考慮相鄰組件間的能譜干預，是NGM較理想的候 選均勻化方法。另外，由于PEACH這類程序(MOC+CMF具備輸運計算耗時與問題的幾何規(guī)模 近似呈現線性關系的特性 , 本文推薦將基于二維全堆芯輸運計算的均勻化模型作 為NGM勺嵌入式均勻化方法。最后，本文開發(fā)了解析法求解燃耗方程、泄漏修正 等計算程序以及用于各模塊間數據處理的 Link 程序。初步建立了上海交大NGM?序測試系統(tǒng)，它由輸運程序PEACH擴散程序 NLSANM維邊值程序、精細功率重構程序和燃耗計算程序等主體構成?；谠?程序包的相關數值結果說明 , 本文所提出的一整套