[发明专利]快谱小型核反应堆堆芯瞬态多物理场耦合方法及计算机程序产品

说明书

本发明涉及一种快谱小型核反应堆堆芯瞬态多物理场耦合方法及计算机程序产品，以解决现有核反应堆瞬态分析考虑因素单一，结果可信度低，无法实现精确、全面评估的技术问题。该方法包括：1、构建核反应堆堆芯的中子微观截面数据库；构建中子输运动力学、热工水力及力学计算网格模型；设置热工水力计算和力学计算的物性参数；2、设定预设总模拟时间，并确定计算的初始条件和边界条件；3、时间步进，更新当前时间；计算当前时间下堆芯的功率密度分布、温度分布、密度分布及堆芯和反射层计算网格的各个节点位移，进行迭代，直至满足收敛限值，判断是否为最终时间，若是，则计算结束；若否，则继续时间步进，直至计算结束。

技术领域

本发明涉及核反应堆瞬态数值分析方法，具体涉及一种快谱小型核反应堆堆芯瞬态多物理场耦合方法及计算机程序产品。

背景技术

快谱小型核反应堆具有能量密度大、机动性高、部署速度快、寿期长等技术优势，不但在解决世界日益增长的能源需求和全球气候变暖等重大问题上具有巨大潜力，而且是未来陆上应急供电、深海、深空等领域特种能源的最优选择，可从根本上解决现有装备的动力短板。

由于快谱小堆采用紧凑型设计，燃料密实排布，堆芯尺寸小，堆芯中快中子平均自由程长，导致堆芯中子泄漏强，堆芯燃料多普勒效应的反应性反馈较小，燃料主要的反应性反馈来源是温度或者外力载荷作用下的力学效应导致的几何变形；同时由于堆芯中子泄露强，堆芯反射层的几何变形反应性反馈系数也较大，且反射层的温度升高和堆芯燃料不同，具有时间延迟的特征，受堆芯传热过程影响，反射层的准确模拟对瞬态计算精度影响也较大；应用环境复杂，如陆上车载可移动快谱小堆受到撞击、震动等外力载荷作用下的力学效应影响概率大于传统反应堆，这些外力载荷也会影响堆芯的几何形状，影响堆芯中子学特性，因此，考虑温度和外力载荷作用下的力学效应，开展基于中子学-热工水力-力学多物理耦合的堆芯瞬态特性分析对于快谱小型核反应堆的运行安全具有重要意义。

目前，快谱小型核反应堆堆芯瞬态特性分析一般将力学效应导致的变形近似为轴向变形和径向变形，无法考虑局部的非均匀变形；力学变形对堆芯反应性的影响一般将几何变化等效为核子密度的变化，存在瞬态计算过程中等效性不能严格满足的风险；单一考虑温度载荷不满足快谱小型核反应堆复杂应用场景下的瞬态安全特性分析需求。综上，现有的快谱小型核反应堆堆芯瞬态多物理计算方法得出的结果缺乏一定可信度，尚无一套可以精确、全面评估快谱小型核反应堆堆芯瞬态安全特性的多物理耦合方法。

发明内容

为解决现有快谱小型核反应堆瞬态分析考虑因素单一，结果可信度低，无法对核反应堆堆芯瞬态安全特性实现精确、全面评估的技术问题，本发明提出一种快谱小型核反应堆堆芯瞬态多物理场耦合方法及计算机程序产品。

本发明提供的技术方案为：

一种快谱小型核反应堆堆芯瞬态多物理场耦合方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

S1、构建核反应堆堆芯的中子微观截面数据库；

同时，构建中子输运动力学计算网格模型、热工水力计算网格模型及力学计算网格模型；定义中子输运动力学计算网格模型为初始中子输运动力学计算网格，热工水力计算网格模型为初始热工水力计算网格，力学计算网格模型为初始力学计算网格；

同时，基于反应堆堆芯的材料设置热工水力计算的物性参数及力学计算的物性参数；

S2、设定预设总模拟时间，并根据反应堆初始时间运行状态确定计算的初始条件和边界条件；所述初始条件包括初始温度分布、初始密度分布及初始节点位移分布；