[发明专利]一种压水堆瞬态计算中的多物理耦合方法

摘要

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。

主权项

一种压水堆瞬态计算中的多物理耦合方法，其特征在于：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tn时间步的核反应截面Σ(r,tn)，第tn时间步的缓发中子先驱核密度Ci(r,tn)以及第tn时间步的中子通量密度φ(r,tn)，建立固定源方程，如公式(1)所示，求解该固定源方程，得到第tn+1时间步的预估中子通量密度φ(r,tn+1)；式中：φg(r,tn)‑‑‑第tn时间步第g能群r位置处的中子通量密度；φg(r,tn+1)‑‑‑第tn+1时间步第g能群r位置处的中子通量密度；Ci(r,tn)‑‑‑第tn时间步r位置处的缓发中子先驱核密度；νg‑‑‑第g能群的中子速度；‑‑‑第tn+1时间步第g能群的扩散系数；‑‑‑第tn+1时间步第g能群的总截面；‑‑‑第tn+1时间步第g能群的裂变截面；‑‑‑第tn+1时间步第g＇能群到第g能群的散射截面；λi‑‑‑第i组缓发中子先驱核的衰变常数；βi‑‑‑第i组缓发中子先驱核的产生份额；β‑‑‑缓发中子份额；χp,g‑‑‑第g能群的瞬发中子裂变谱；χdgi‑‑‑第i组缓发中子先驱核的第g能群的缓发中子裂变谱；Δtn‑‑‑第tn时间步到第tn+1时间步的时间间隔；步骤2：由步骤1求得的第tn时间步和第tn+1时间步的中子通量密度通过归一化条件，如公式(2)所示，得到第tn时间步和第tn+1时间步的中子通量密度的形状函数和和缓发中子先驱核密度的形状函数和并通过线性插值得到处于第tn时间步到第tn+1时间步之间的第一个中时间步上的中子通量密度的形状函数和缓发中子先驱核密度的形状函数tl∈(tn,tn+1)，通过第tn时间步上的中子通量密度和缓发中子先驱核密度的形状函数以及第tn时间步上的截面建立点堆方程，通过求解该时刻的点堆方程求得第一个中时间步tl上的中子通量密度和缓发中子先驱核密度的幅函数，把tl时间步的幅函数乘以tl时间步的形状函数就分别得到tl时间步的中子通量密度φg(r,tl)和缓发中子先驱核密度Ci(r,tl)；Σg=1G1vg∫Vφg*(r)φ~g(r,t)dr=1]]>式中：‑‑‑初始时刻在r位置第g能群的共轭中子通量密度；‑‑‑第tl时间步第g能群r位置处的中子通量密度的形状函数；‑‑‑第tl时间步r位置处的缓发中子先驱核密度的形状函数；步骤3：通过在步骤2中求得的tl时间步的中子通量密度φg(r,tl)通过公式(3)计算得到tl时刻堆芯的功率分布求得tl时刻堆芯的功率分布后，建立基于单通道的一维流动模型，以一个组件作为一个冷却剂通道，求解如下热工方程组，如公式(4)，求得冷却剂温度沿组件轴向的分布，即慢化剂温度场；同时，建立燃料棒的沿径向的一维导热模型，通过tl时刻堆芯的功率分布，求解一维导热方程，如公式(5)，求得燃料温度沿径向的分布，即燃料温度场；式中：‑‑‑tl时刻堆芯的功率分布；κΣf,g′‑‑‑第g’能群的裂变截面每次裂变释放能量；φg′(tl)‑‑‑tl时刻第g’能群的中子通量密度；式中：Ac‑‑‑冷却剂通道的面积；ρ‑‑‑冷却剂密度；Cp‑‑‑冷却剂比热容；Tm‑‑‑冷却剂温度；Ts‑‑‑燃料棒包壳表面温度；‑‑‑冷却剂温度随时间的偏导数；‑‑‑冷却剂温度随轴向的偏导数；rc‑‑‑燃料棒外径；hw‑‑‑对流换热系数；u‑‑‑冷却剂流速；β‑‑‑直接释放到冷却剂的热量份额；式中：Tf‑‑‑燃料温度；k‑‑‑燃料的导热率；β‑‑‑直接释放到冷却剂的热量份额r‑‑‑燃料棒半径；步骤4：通过步骤3所求得的tl时刻燃料温度场求得燃料的多普勒温度；通过tl时刻燃料的多普勒温度以及慢化剂的温度场，通过截面与温度的关系更新tl时刻燃料与中子的各个反应截面；步骤5：通过步骤4所更新的tl时刻的截面，以及tl时刻的中子通量密度和缓发中子先驱核密度，按照步骤2求得下一个中时间步的中子通量密度和缓发中子先驱核密度，直至求到大时间步tn+1时刻的中子通量密度和缓发中子先驱核密度；下一个大时间步下的求解过程则重复步骤1开始。