[发明专利]一种压水堆瞬态计算中的多物理耦合方法

说明书

一种压水堆瞬态计算中的多物理耦合方法，步骤如下：1、对于多群的时空中子动力学方程，使用全隐式向后差分方法，得到预估步的中子通量密度与缓发中子先驱核密度；2、通过归一化条件求得预估步的形状函数并在中时间步线性插值形状函数，通过在小时间步上求解幅函数方程，最终求得中时间步上的中子通量密度，进而求得功率以及缓发中子先驱核密度；3、通过中时间步下的功率进行燃料温度计算与冷却剂温度计算，并且通过核反应截面实现反馈，与中子学计算实现耦合。使用预估校正的改进准静态方法进行中子学计算时，通过选取在合适的时间步上进行热工计算和缓发中子先驱核密度计算，实现高效的耦合。

技术领域

本发明涉及核反应堆安全分析和反应堆物理计算领域，具体涉及一种压水堆瞬态计算中的多物理耦合方法。

背景技术

在传统的压水堆安全分析中，需要对反应堆堆芯在收到外界扰动的情况下，包括控制棒的移动、硼浓度的变化等，对反应堆的各项参数(反应堆功率、堆芯反应性、组件功率峰因子等)随时间的变化进行分析，看其是否满足安全设计需求。因此，对于反应堆的瞬态计算必不可少。在稳态的压水堆系统中，引入扰动会使反应堆中中子通量密度的分布发生变化，从而导致反应堆功率的变化。而反应堆的功率变化会直接导致堆芯温度的变化，而温度的变化会反过来影响反应堆中核燃料与中子发生反应的截面，从而影响反应堆中中子通量密度的分布。同时，反应堆中中子通量密度也会影响反应堆中缓发中子先驱核浓度。因此，反应堆的瞬态过程是中子通量密度场、温度场与缓发中子先驱核密度场的耦合变化过程，若要对反应堆的瞬态过程进行数值模拟，则需要恰当的多物理耦合方法。在传统的压水堆瞬态计算中，需要堆芯中子学的瞬态计算得到中子通量密度场，堆芯热工水力的瞬态计算得到温度场以及反应堆中缓发中子先驱核密度的瞬态计算得到缓发中子先驱核密度场。其中，堆芯热工水力的瞬态计算还分为燃料棒从内向外的导热过程计算以及燃料棒与慢化剂的对流换热过程计算，分别可以得到得到燃料棒的温度场以及慢化剂的温度场。在传统的压水堆瞬态计算中，中子学计算常选取差分方法对时间项进行离散，因此各个物理场的耦合计算常选取在中子学计算的时间步进行。但是，为了提高中子学计算的效率，预估校正的改进准静态方法在进行瞬态的中子学计算中开始得到应用。与传统的用差分方法对时间项进行离散相比，预估校正的改进准静态方法能够在保证精度的情况下增大求解的时间步长，从而提高计算效率。但是，在使用预估校正的改进准静态方法进行中子学计算时，会涉及到三个时间步长，大时间步上进行差分离散，中时间步上插值点堆参数，在小时间步进行点堆方程求解。因此，选取在合适的时间步上进行中子学计算与热工计算和缓发中子先驱核密度计算耦合显得至关重要。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种压水堆瞬态计算中的多物理耦合方法，使用预估校正的改进准静态方法进行中子学计算时，通过选取在合适的时间步上进行热工计算和缓发中子先驱核密度计算，实现高效的耦合。

为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案予以实施：

一种压水堆瞬态计算中的多物理耦合方法，步骤如下：

步骤1：对于多群的时空中子动力学方程，使用全隐式向后差分方法，由第t_n时间步的核反应截面Σ(r,t_n)，第t_n时间步的缓发中子先驱核密度C_i(r,t_n)以及第t_n时间步的中子通量密度φ(r,t_n)，建立固定源方程，如公式(1)所示，求解该固定源方程，得到第t_n+1时间步的预估中子通量密度φ(r,t_n+1)；

式中：

φ_g(r,t_n)‐‐‐第t_n时间步第g能群r位置处的中子通量密度；