[发明专利]一种超临界水堆堆芯核热耦合迭代方法

说明书

技术领域

本发明涉及核反应堆设计技术领域，具体地，涉及一种超临界水堆堆芯 核热耦合迭代方法。

背景技术

超临界水堆(SCWR)的运行工况在水的热力学临界点(374℃，22.1MPa) 以上，具备较高的系统热效率且反应堆系统简化、紧凑。但是，超临界水的密度、 比热以及热导率在超临界区域变化剧烈，在通常定义的运行压力25MPa、堆芯冷 却剂进口/出口温度280℃/500℃的超临界水堆中，冷却剂的密度由堆芯入口的 约777kg/m³变化到堆芯出口的约90kg/m³。剧烈变化的水密度显著影响堆芯内中 子慢化能力，慢化能力变化引起的功率密度分布变化反过来又将显著影响堆芯内 水密度分布。这种物理-热工耦合特性显著强于传统的压水堆，要求在堆芯稳态 性能分析及方案设计时必须考虑核热耦合。

SCWR堆芯中，冷却剂密度、慢化剂密度分布不均匀且变化剧烈，功率密 度分布的微小变化可能引起冷却剂密度、慢化剂密度的剧烈变化，进而显著改变 中子截面参数，反过来使功率密度分布也产生剧烈变化。上述强烈核热耦合特性， 使得SCWR堆芯的核热耦合计算面临迭代收敛性、数值稳定性以及计算效率的挑 战。

现有核热耦合迭代技术中，耦合迭代方法通常采用解耦迭代方法和逐次 迭代方法。解耦迭代方法要求每个迭代步中，所有计算完全收敛后才开始下一步 的迭代计算。对于一个给定迭代步，基于当前热工-水力参数和中子截面参数的 预估值，计算至中子裂变源完全收敛。解耦迭代方法的计算效率较低，且对于迭 代计算参量变化剧烈的分析对象，如冷却剂密度变化剧烈的SCWR堆芯，甚至会 导致迭代计算不收敛。逐次迭代方法假设一个功率密度分布，通过迭代公式不断 进行迭代，直至相邻两次的功率密度分布最大相对偏差小于收敛精度要求。对于 迭代计算参量变化剧烈的SCWR堆芯，相邻两次的功率密度分布容易出现功率振 荡，导致无法收敛。特别是对于多流程SCWR堆芯，在堆芯顶部和底部可能分别 形成功率峰，这将进一步导致堆芯内功率密度分布难以收敛。

发明内容

本发明的目的就在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种超临界 水堆堆芯核热耦合迭代方法，该方法解决了超临界水堆堆芯核热耦合计算过程中 迭代计算难以收敛的问题，并提高核热耦合计算的计算效率和数值稳定性。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：

一种超临界水堆堆芯核热耦合迭代方法，执行完m次中子学计算后执行一次 热工水力计算，m为设定的中子学计算迭代次数，m大于5。本技术方案中，在 执行每步热工水力计算前并不要求外迭代完全收敛才执行热工水力计算，也不要 求每执行一次外迭代就进行一次热工水力计算；核热耦合计算的效率得到显著提 高。

作为本发明的进一步改进，在执行中子学计算中，引入自适应松弛因子ω 并利用功率密度分布迭代函数对第2次至第m次执行中子学计算得到的功率密 度分布进行调整，得到的调整后功率密度分布用于下一次执行中子学计算中或执 行热工水力计算中，具体包括以下步骤：

S1、设定中子学计算迭代次数m，构建功率密度分布迭代函数，初始化执行 中子学计算次数n；

S2、执行第一次中子学计算，并统计中子学计算次数后跳转到步骤S3；

S3、利用执行第一次中子学计算得到的功率密度分布执行第二次中子学计 算，并统计中子学计算次数后跳转到步骤S4；

S4、计算最近一次执行中子学计算得到的功率密度分布的相对偏差，并根据 该相对偏差选取自适应松弛因子ω的取值；

S5、将步骤S4中选取的自适应松弛因子ω的取值和最近一次执行中子学计 算得到的功率密度分布代入功率密度分布迭代函数计算出调整后功率密度分布， 判断中子学计算次数是否等于中子学计算迭代次数，是则将中子学计算次数设为 初始值后跳转到步骤S7，否则跳转到步骤S6；

S6、利用步骤S5中的调整后功率密度分布再一次执行中子学计算，统计中 子学计算次数，跳转到步骤S4；