三维堆芯输运的模块化二维/一维耦合特征线法研究

摘要

随着第三代、第四代先进反应堆概念的提出，先进反应堆设计与分析计算在计算精度、计算效率、处理几何复杂度等方面面临越来越大的挑战。因此，近些年国际上广泛地开展了完全抛弃组件均匀化和堆芯扩散计算进行Pin-by-Pin的三维全堆输运计算研究，以此形成了有代表意义的三种输运计算方法：以非均匀栅元为基础的三维特征线法（MOC）；以均匀栅元为基础的三维离散纵标法（SN）和三维简化球谐函数法（SPN）。其中特征线法具有能处理任意几何、强各向异性问题且易于并行的优点，使其成为当今反应堆物理计算的研究热点，但特征线法直接求解三维中子输运方程具有收敛缓慢、计算耗时及内存占用大的缺点。因此，本文着力于研究二维/一维耦合特征线法，主要开展了以下工作：
　　通过对国内外全堆芯中子输运发展现状的研究，对比分析了MOC、SN、SPN三种中子输运计算方法的特点，重点探讨了MOC方法的几何适应性、计算精度、计算效率以及贮存空间占用情况；然后，分析二维平源近似步特征线法的通量求解理论模型，利用径向、轴向泄漏量实现二维/一维特征线法中子通量求解模块的耦合，并针对源项可能出现负值的问题进行了修正；研究特征线法的几何预处理方法,提出了两种循环特征线扫描追踪方法，以此为基础研发二维及二维/一维耦合特征线法输运计算程序并进行数值验证；同时，开展了特征线法计算敏感性分析，评估了特征线追踪方法，平源近似区网格划分，特征线间距，极角、方位角数目和角度求积组、收敛准则对特征线法计算精度、计算效率的影响。
　　基于以上研究工作，得到如下结论：
　　（1）通过基准题验证了所开发的二维MOC程序及二维/一维耦合MOC程序，二维计算结果误差为0.2975‰，三维计算结果误差为7.447‰，证明自主研发的MOC程序准确可靠。
　　（2）本文提出了两种特征线追踪方法：首尾相间与首尾相接循环特征线扫描法，均具有较好的计算精度，其中首尾相接循环特征线扫描法的计算精度与计算效率更高。
　　（3）平源近似区网格划分越小，特征线法的计算精度越高，且当网格≤2.5cm时，计算结果的相对误差＜5‰。同时，MOC程序计算收敛准则设置为10-5较为合理。
　　（4）特征线方法的计算精度随特征线间距的增加呈现先增加后降低的趋势，在0.1cm处计算精度最好。随着特征线间距的缩小，特征线方法的计算时间不断增加。
　　（5）增加方位角与极角数目可提高计算精度，但计算时间大幅延长，取45°对称布置的4个方位角，2个极角可获得较好的计算效率并满足计算精度需求。同时，采用TY极角求积组比LO极角求积组加权计算精度稍高。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 研究背景

1.2 全堆芯输运方法国内外研究现状

1.3 特征线法国内外研究现状

1.4 二维/一维耦合三维特征线法国内外研究现状

1.5 研究目的与研究内容

第2章特征线法的理论研究

2.1 步特征线法理论模型

2.2 特征线方法的几何预处理方法

2.3 本章小结

第3章 二维特征线程序研发及验证

3.1 二维特征线程序

3.2 数值验证

3.3 本章小结

第4章 模块化二维/一维耦合三维输运计算

4.1 二维/一维耦合三维输运计算的理论模型

4.2 轴向、径向泄漏量

4.3 源项负值修正

4.4 数值验证

4.5 本章小结

第5章 特征线方法计算敏感性分析

5.1 网格划分

5.2 特征线间距

5.3 方位角、极角及角度求积组

5.4 收敛准则

5.5 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

攻读硕士期间的科研成果

致谢