[发明专利]一种高保真时空中子动力学计算的加速方法

说明书

一种高保真时空中子动力学计算的加速方法，包括如下步骤：1、使用一步法计算反应堆临界状态下的中子通量密度与先驱核浓度；2、执行截面扰动，开始时空中子动力学计算；3、在大时间步长内使用一步法进行输运计算，获得预估的中子通量密度；4、在中等时间步内进行CMFD计算，同时采用全局加速因子方法进行加速，在最小时间步内进行点堆计算，使用点堆的幅值去校正粗网通量的幅值，在使用更新后的粗网的幅值去更新细网的中子通量密度；本发明方法能在保证计算精度的前提下，能够大幅度减少高保真时空中子动力学计算的时间步数，同时减少在每个时间步上的计算时间，进而大幅缩短整个计算过程的计算耗时。

技术领域

本发明涉及核反应堆堆芯设计和核安全技术领域，具体涉及一种高保真时空中子动力学计算的加速方法。

背景技术

压水堆核电厂的瞬态和事故工况分析长期基于不考虑空间影响的点堆模型，所谓点堆模型即认为整个核反应堆的功率变化与空间位置无关，显然点堆模型并不适用于功率分布畸变，如弹棒事故、落棒事故、主蒸汽管道破口事故等。近年来随着计算机技术的迅速发展，在点堆模型基础上发展了三维时空中子动力学计算方法，考虑了功率变化在三维空间上的具体分布，在数值模拟的精准性上跨上了一个台阶。但其所采用的计算方法仍是基于传统的两步均匀化方法，无法排除均匀化带来的误差，且不能直接考虑核反应堆内复杂的几何结构，无法直接获得核反应堆内精细的功率分布。

所谓两步均匀化方法，即第一步对构成核反应堆的每一种组件进行单独的计算，第二步对以组件为单位的核反应堆进行计算。在第一步计算中利用全反射边界条件单独地对各种组件进行多能群的中子输运计算，并在组件处于不同的工况下分别进行计算，得到每种组件在不同工况下的多能群的中子通量密度在组件内的分布，进而利用核反应率守恒归并出两能群的、不同工况下、在每种组件内跟空间位置无关的等效均匀化群常数以及不连续因子等物理量；在第二步计算中根据核反应堆所处的工况，对每种组件的等效均匀化群常数利用多项式拟合或多项式插值来获得当前计算工况下的截面参数等，在获得每个组件的截面参数后对核反应堆进行两能群的中子扩散计算，并对各个组件进行功率重构计算，得到三维核反应堆堆芯的功率分布。

在两步均匀化方法计算中只考虑有限种独立的组件计算来计算等效均匀化参数，因此它不能精确考虑在核反应堆中组件之间的相互影响，并且不能精确考虑核反应堆内复杂的几何结构。随着对计算精度要求的不断提高，只有高保真时空中子动力学计算才能根本解决两步均匀化法的问题。

所谓高保真时空中子动力学，就是理论和数值模型不能失真、所得解为真解，计算分辨率和计算精度要高，计算结果精准。要实现高保真时空中子动力学计算，就必须采用一步法对核反应堆进行直接求解。所谓一步法即对核反应堆直接进行几何建模，采用多能群结构，在计算中直接进行中子输运方程的求解，不引入几何近似以及均匀化带来的误差。通过高保真时空中子动力学的模拟可大大提高核反应堆设计的精确性，大幅度减少实验量，提高反应堆的安全性和经济性，对反应堆改进设计和新型反应堆设计均具有重大的理论价值和应用前景。

但是高保真时空中子动力学的应用存在一个非常明显的缺陷，即计算时间过长，计算资源消耗过大。因此对高保真时空中子动力学计算的加速在高保真时空中子动力学计算中起着十分关键的作用，采取高效的加速方法是高保真时空中子动力学计算能够得到实际应用的关键要素之一。

发明内容

为了克服上述现有技术的问题，解决高保真时空中子动力学计算存在的计算时间过长的问题，本发明的目的是提出一种对高保真时空中子动力学计算加速的方法，该方法能在保证计算精度的前提下，能够大幅度减少高保真时空中子动力学计算的时间步数，同时减少在每个时间步上的计算时间，进而大幅缩短整个计算过程的计算耗时。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种高保真时空中子动力学计算的加速方法，包括如下步骤：