中子輸運(yùn)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(yùn)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(shù)值計(jì)算方法形成于上個(gè)世紀(jì)七十年 代末。受限于當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)的硬件條件 , 理論上存在近似和缺乏的現(xiàn)行堆芯物理分 析方法已難以滿足當(dāng)今日益復(fù)雜的堆芯設(shè)計(jì)需求。因此, 近些年國(guó)際上廣泛地開(kāi)展了下一代 ( 第三代) 輕水堆堆芯數(shù)值計(jì)算理論 和方法(Next Generation Methods, NGM) 的研究。歸納起來(lái),現(xiàn)有NGMff究的主 要思路是完全拋棄組件均勻化和堆芯擴(kuò)散計(jì)算而直接進(jìn)行 Pin-by-Pin 的三維全 堆輸運(yùn)計(jì)算 , 這樣勢(shì)必會(huì)造成對(duì)多年積累的堆芯物理分析方法、經(jīng)驗(yàn)、程序等資 源的浪費(fèi)。為此，

2、本文提出了一套全新的NGMT案，目標(biāo)是將組件輸運(yùn)計(jì)算產(chǎn)生等效均 勻化參數(shù)的過(guò)程嵌入三維擴(kuò)散計(jì)算中。 本文通過(guò)改進(jìn)輸運(yùn)計(jì)算方法、 組件均勻化 方法和等效均勻化參數(shù)產(chǎn)生方法 , 滿足未來(lái)復(fù)雜堆芯物理計(jì)算精度與速度的要求。本文的主要工作集中于中子輸運(yùn)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(yùn)計(jì)算工具PEACH?序。程序PEACH勺幾何處理，采用了以組件為模塊產(chǎn)生特征線的方法(Assembly Modular Ray Tracing, AMRT。) 這種特征線的產(chǎn)生方法既具備計(jì)算速度快和節(jié)省 存儲(chǔ)量的優(yōu)點(diǎn) , 又可

3、以比較充分地考慮組件內(nèi)子區(qū)的任意性。程序PEACH勺特征線跟蹤計(jì)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(shù)值計(jì)算模型時(shí) , 提出了相關(guān)負(fù)中子角通量和負(fù)中子源的處理方法 , 并通過(guò) OECD/NEA C5G7-MOX 2D等基準(zhǔn)題的數(shù)值檢驗(yàn) , 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(nèi)存和計(jì)算時(shí)間程序PEAC中運(yùn)用了由多群粗網(wǎng)有限差分(Coarse MeshFinite Differenee, CMFD與少群粗網(wǎng)有限差分組合而成的兩重粗網(wǎng)有限差分加速方法，并建立了指 數(shù)函數(shù)插值表 , 呈現(xiàn)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(shí)現(xiàn)了程序PEACH勺并行化，獲得了較高的并行效率。其次, 本文根據(jù)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(jìn)的均勻化方法和 Colorset 均勻化方法。本文用相關(guān)的數(shù)值算例證實(shí)了在精確解的前提下均 勻化后的擴(kuò)散計(jì)算能完全恢復(fù)非均勻輸運(yùn)計(jì)算的結(jié)果。在以反照率為邊界條件的再均勻化方法中 , 根據(jù)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(kuò)散計(jì)算中獲得而且與角度無(wú)關(guān) , 數(shù)值結(jié)果說(shuō)明在 這種框架下無(wú)法獲得高精度的等效均勻化參數(shù)。 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(yù)，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(yùn)計(jì)算耗時(shí)與問(wèn)題的幾何規(guī)模 近似呈現(xiàn)線性關(guān)系的特性 , 本文推薦將基于二維全堆芯輸運(yùn)計(jì)算的均勻化模型作 為NGM勺嵌入式均勻化方法。最后，本文開(kāi)發(fā)了解析法求解燃耗方程、泄漏修正 等計(jì)算程序以及用于各模塊間數(shù)據(jù)處理的 Link 程序。初步建立了上海交大NGM?序測(cè)試系統(tǒng)，它由輸運(yùn)程序PEACH擴(kuò)散程序 NLSANM維邊值程序、精細(xì)功率重構(gòu)程序和燃耗計(jì)算程序等主體構(gòu)成?；谠?程序包的相關(guān)數(shù)值結(jié)果說(shuō)明 , 本文所提出的一整套