[发明专利]一种针对三维压水堆堆芯的中子输运计算方法

说明书

本发明公开了一种针对三维压水堆堆芯的中子输运计算方法，该方法首先将所要计算的反应堆沿径向划分为两个区域，分别是几何材料较为简单的区域和复杂区域；然后在简单区域上划分网格，使用离散纵标方法建立中子输运数值模型，在复杂区域上划分平源区，使用特征线方法建立中子输运数值模型；通过区域边界进行耦合计算直至结果收敛，最终得到堆芯的特征值和中子通量信息；本方法结合了特征线方法和离散纵标方法的优势，既可以满足精细构建复杂区域的需求，又可以在简单区域上进行快速计算，同时兼顾了精度和效率，为反应堆数值模拟节省了时间和金钱成本。

技术领域

本发明涉及核反应堆堆芯设计和堆芯安全计算领域，具体涉及一种针对三维压水堆堆芯进行的中子输运计算方法。

背景技术

核能作为一种清洁能源，比起传统化石能源有着无可比拟的优势，可以作为我国后续发展的新增能源主要供给力量。核反应堆物理计算分析通过数值模拟得到反应堆内部运行状态，其根本是求解稳态玻尔兹曼中子输运方程。其中占主流的方法有离散纵标方法(Sn)和特征线方法(MOC)。

Sn方法将连续的角度方向进行离散，得到若干角度的中子输运方程，求解方程组得到各方向的中子角通量，再通过数值积分得到中子通量密度分布。Sn方法物理意义明确，计算速度快，但是几何处理能力较弱。MOC方法利用数学变换，将中子输运方程转化为沿某一角度的某根特征线上的方程，求解区域内所有特征线方程即可得到各个方向的角通量密度。由于特征线没有几何限制，MOC方法可以处理任意几何，准确的模拟堆芯情况。

在反应堆高保真计算中，Sn方法因无法处理复杂几何，不能用于精细的模拟反应堆各个部位的状态。MOC方法常应用到复杂几何的建模中。为了获得高精度的结果，需要大量的网格和特征线，若使用MOC方法划分全堆，反应堆简单几何位置处划分的精细网格势必造成大量的计算资源浪费，增加时间成本。

综上所述，为了高效准确的对压水堆堆芯进行数值模拟，有必要将离散纵标方法和特征线方法结合，取长补短。将特征线方法应用于计算堆芯复杂几何部分，离散纵标方法应用于计算简单几何部分，通过计算区域边界紧密耦合，避免大量网格造成的计算资源浪费，同时兼顾精度和效率。

发明内容

为了克服上述现有技术中存在的问题，本发明提供了一种针对三维压水堆堆芯的中子输运计算方法，该方法可以应用于传统特征线方法模拟全堆芯时造成的网格资源大量浪费问题。与传统方法相比，该方法采用特征线方法和离散纵标法紧密耦合的方式，在计算精细几何的部分使用特征线方法，在计算简单几何的部分使用离散纵标方法，节省了大量的计算资源，为反应堆设计提供了有利条件。

为实现上述目的，本发明采用的以下技术方案予以实施：

一种针对三维压水堆堆芯的中子输运计算方法，包括如下步骤：

步骤1：基于计算需求、压水堆堆芯几何和材料分布情况，将压水堆堆芯沿径向划分为简单区域和复杂区域两个区域；简单区域包括慢化剂区和反射层区，复杂区域包括燃料区、控制棒及导向管、围板及格架、堆芯支撑结构；

步骤2：分别读取两个区域的几何信息、材料信息和边界条件信息；

步骤3：基于步骤2读取的几何信息、材料信息和边界条件信息在步骤1所述的简单区域划分网格，在网格上使用离散纵标方法建立简单区域中子输运数值模型；在复杂区域划分平源区，使用特征线方法建立复杂区域中子输运数值模型；

步骤4：对简单区域和复杂区域的中子输运数值模型分别进行内迭代计算，计算包括两个区域的源项、中子通量及通量矩的分布，迭代过程中通过两个区域的交界面，即耦合边界条件通信两个区域的边界中子角通量密度，边界条件如式(1)，直至内迭代中的平均中子通量密度收敛，内迭代收敛条件如式(2)；内迭代收敛视为完成一次外迭代步；

式中：