[發明專利]一種基于軸向展開的模擬壓水堆堆芯三維中子通量的方法

有效

• 申請號: 202010328810.5
• 申請日: 2020-04-23
• 公開（公告）號: CN111523234B
• 公開（公告）日: 2021-10-19
• 發明（設計）人: 劉宙宇;周欣宇;吳宏春;曹良志
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F30/17;G06F111/10
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 何會俠

本發明公開了一種基于軸向展開的模擬壓水堆堆芯三維中子通量的方法，首先將所要模擬的三維壓水堆堆芯沿軸向劃分若干層，針對每一層將三維的中子角通量展開，軸向采用線性模型近似模擬中子通量軸向變化；根據軸向線性展開后的三維中子通量，徑向基于特征線方法建立二維中子輸運模型；根據邊界條件獲得0階和1階的中子角通量的關系，以此簡化特征線方法建立的二維中子輸運模型；最后，軸向從下到上沿每一層求解簡化后的二維中子輸運模型，獲得每一層的三維壓水堆堆芯的中子通量分布。本發明相比現有技術，避免了二維中子輸運模型和一維中子輸運模型中橫向積分產生的中子泄漏項，求解穩定性好，可用于數值反應堆的輸運模塊計算，提高數值模擬的穩定性。

技術領域

本發明涉及核反應堆堆芯設計和安全領域，具體涉及一種基于軸向展開的模擬壓水堆堆芯三維中子通量的方法。

背景技術

隨著核電行業的不斷發展，為了應對核電廠延壽及安全分析，對壓水堆堆芯的數值模擬的精度要求和穩定性要求越來越高。為了滿足壓水堆數值模擬的精度和穩定性要求，數值反應堆這類高保真方法越來越多的應用在壓水堆的數值模擬當中。

高保真方法采用全堆芯直接求解，計算的網格數目較多，其輸運模塊的計算三維中子輸運模型的負擔較大。目前常采用橫向積分的方式，將三維中子輸運模型轉化為二維中子輸運模型和一維中子輸運模型分別計算，并通過泄漏項對兩個模型進行耦合。

由于泄漏項的存在，使得二維一維數值模擬過程中的中子源為負，分別計算一維中子輸運模型和二維中子輸運模型的過程中中子通量會出現不符合物理規律的負值，導致數值模擬計算發散。

發明內容

為了克服上述現有技術中存在的問題，本發明提供一種基于軸向展開的模擬壓水堆堆芯三維中子通量的方法，該方法避免采用傳統的橫向積分的方式耦合計算一維中子輸運模型和二維中子輸運模型，與傳統方法相比，避免數值模擬過程中因泄漏項導致的負中子源和負中子通量的問題，增加計算過程的穩定性。

為了實現上述目的，本發明采用了以下技術方案予以實施：

一種針對壓水堆堆芯的三維中子通量數值模擬方法，包括如下步驟：

步驟1：讀取所要模擬的壓水堆堆芯的幾何信息、材料信息和邊界條件；

步驟2：根據步驟1獲取的壓水堆堆芯的幾何信息和材料信息，在控制棒的插入深度位置以及在軸向材料中子吸收截面發生變化的位置，將壓水堆堆芯幾何沿軸向切分為若干層，針對每一層將三維中子角通量展開，軸向每一層采用線性模型近似模擬中子角通量軸向變化，如公式(1)所示；線性模型的基函數如公式(2)所示；壓水堆堆芯軸向的每一層的上下表面的中子角通量如公式(3)所示；

其中，

p—壓水堆堆芯軸向的層數編號；

g—中子輸運模型的能群編號；

m—中子輸運模型的角度方向編號；

n—中子角通量密度沿軸向展開的階數編號；

x—中子角通量密度的徑向的網格橫坐標；

y—中子角通量密度的徑向的網格縱坐標；

z—中子角通量密度的軸向的網格豎坐標；

b₀(z)—第0階的軸向展開的基函數；

b₁(z)—第1階的軸向展開的基函數；

b_n(z)—第n階的軸向展開的基函數；