[發明專利]基于有限元理論的反應堆中子噪聲頻譜計算方法

有效

• 申請號: 201710353845.2
• 申請日: 2017-05-18
• 公開（公告）號: CN107169207B
• 公開（公告）日: 2020-06-23
• 發明（設計）人: 袁寶新;曾和榮;楊萬奎;劉耀光
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院核物理與化學研究所
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 鄧世燕

本發明公開了一種基于有限元理論的反應堆中子噪聲頻譜計算方法，包括如下步驟：基于有限元理論對所處理的核反應堆堆芯做幾何處理；建立基于有限元理論的核反應堆中子噪聲描述方程；基于給定的頻點，將核反應堆中子噪聲描述方程在空間網格上做節點離散，建立離散節點方程；根據步驟三建立的離散節點方程組裝總體方程的系數矩陣和方程源項，建立總體方程；進行數值計算，得到給定頻點下的反應堆中子噪聲空間分布。與現有技術相比，本發明的積極效果是：實現了復雜幾何下的反應堆中子噪聲頻譜精確計算，為反應堆的運行監測和故障診斷提供輸入條件，對反應堆的安全運行和專家系統的建設具有顯著的進步意義。

技術領域

本發明屬于核反應堆監測及故障診斷技術領域，尤其是涉及一種基于有限元理論的反應堆中子噪聲頻譜計算方法。

背景技術

反應堆堆芯在不同正常運行工況下(如低功率、中功率、高功率、單/雙泵啟動、單/雙泵停止)和異常事故工況下(如堆芯局部沸騰、流致振動、冷卻劑流量突升/陡降)的中子噪聲頻譜不一樣，為此計算反應堆中子噪聲頻譜，可以實現隨堆運行監測、提前預警、及時發現和防止事故擴展與進一步惡化。美國自三里島核電站事件后，提出在動力堆上必須設立安全監測模式，其中就包含了噪聲監測，比如堆芯冷卻劑沸騰的探測和分析就是一個重要例證，首先應用是探測Saxton反應堆的局部沸騰，以后又用在快堆的鈉沸騰和輕水動力堆局部沸騰的探測技術中。

現有的中子噪聲頻譜計算方法在幾何處理上基于有限差分方法、節塊方法等，在空間網格上對頻譜方程做節點離散以實現頻譜計算和分析。現有的計算方法受限制于所分析的問題幾何，對于復雜堆芯無法準確建模，這就使得現有計算方法不能用于任意幾何的反應堆中子噪聲頻譜計算。

中國核動力研究設計院劉金匯、谷芳毓開展了核電站堆內部件振動的中子噪聲物理模型相關研究。中國核動力研究設計院彭鋼開展了壓水堆堆內部件振動中子噪聲物理模型和壓水堆冷卻劑沸騰中子噪聲物理模型相關研究。這兩種方法，主要關注物理背景，基于有限差分方法對空間網格的處理做了大量的簡化，無法用于真實堆芯的幾何描述和頻譜計算。

綜上所述，現有的成熟的反應堆中子噪聲頻譜計算方法只能應用于簡單幾何的定性計算，對于復雜幾何在計算方法上存在固有的缺陷。

現有的反應堆中子噪聲頻譜計算方法基于有限差分方法、節塊方法等結構化網格處理方法，對反應堆中子噪聲描述方程進行數值求解。

本發明的目的在于解決現有反應堆中子噪聲頻譜計算方法只對規則簡單幾何有效，而不能基于復雜堆芯進行反應堆中子噪聲的數值求解，幾何適應性差的問題。與傳統的反應堆中子噪聲頻譜計算方法相比，復雜幾何背景下的反應堆中子噪聲頻譜計算方法有更加實用的工程價值。

發明內容

為了克服現有技術的上述缺點，本發明提供了一種基于有限元理論的反應堆中子噪聲頻譜計算方法，本發明的計算方法利用有限元理論可以處理非結構網格的特點，建立頻域中的反應堆中子噪聲有限元方程，通過給定頻點值，實現該頻點下的反應堆中子噪聲空間分布計算的，通過變化指定的頻點并重復上述過程，得到反應堆任意位置的頻譜，從而為反應堆的運行監測和故障診斷提供輸入條件。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種基于有限元理論的反應堆中子噪聲頻譜計算方法，包括如下步驟：

步驟一、基于有限元理論對所處理的核反應堆堆芯做幾何處理，劃分空間網格；

步驟二、建立基于有限元理論的核反應堆中子噪聲描述方程；

步驟三、基于給定的頻點，將核反應堆中子噪聲描述方程在空間網格上做節點離散，建立離散節點方程；

步驟四、根據步驟三建立的離散節點方程組裝總體方程的系數矩陣和方程源項，建立總體方程；

步驟五、對步驟四建立的總體方程進行數值計算，得到給定頻點下的反應堆中子噪聲空間分布；