几种先进节块法的偏通量展开技术

比较了节块展开法(NEM)、节块格林函数法(NGFM)和节块傅立叶展开法(NFEM)的偏中子通量展开技术,证明了NFEM的精度高于任何有限阶NEM,而与NGFM相当.     

堆外探测器响应函数三维空间分布计算

堆外探测器响应函数代表了堆芯活性区各组件对堆外探测器计数率的贡献,反映了堆芯功率分布与探测器计数率的关系。研究了三维离散纵标法(SN)程序TORT的共轭输运方法,并开发相应的处理程序,实现了柱坐标下的三维共轭中子注量率到压水堆各燃料组件响应函数的转换。并基于CAP1400核电厂反应堆模型,分析了其堆外探测器响应函数空间分布的特性,与采用TORT多次正向输运计算结果进行了对比分析,两者符合较好。通过本文研究,实现了压水堆核电厂堆外探测器响应函数的三维空间分布计算。     

基于节块展开法的Jacobian-Free Newton Krylov联立求解物理-热工耦合问题

目前反应堆物理热工耦合程序通常采用固定点迭代思路, 这可能导致部分工况收敛速度慢, 甚至出现不收敛的现象, 严重影响了计算效率. 基于此, 本文将高效的粗网节块展开法(NEM)与Jacobian-Free Newton-Krylov (JFNK)方法结合, 成功地开发出了一套新方法NEM_JFNK, 实现了联立求解物理热工耦合问题. 首先将NEM推广到热工问题的求解, 之后使用NEM来离散物理-热工耦合问题的所有控制方程, 使得所有变量都能在粗网格下进行离散, 从而大大减小求解问题的规模; 其次将NEM离散后的方程经过某些特殊的处理, 成功地嵌入JFNK的计算框架, 最终开发出了基于线性预处理的NEM_JFNK, 即LP_NEM_JFNK. 此外, 为了充分利用原有的迭代程序, 避免JFNK残差方程的重新建立, 本文还开发了无需重构残差方程的NEM_JFNK, 即NRC_NEM_JFNK, 并实现“黑箱”耦合. 文中以一维中子-热工模型为例, 给出LP_NEM_JFNK和NRC_NEM_JFNK数学模型, 并对计算结果进行分析. 结果表明:新方法无论是收敛速度还是计算效率都具有明显优势.     

基于平面通量展开的三维Pin by Pin输运SP3计算

基于Pin by Pin输运SP3计算是下一代反应堆物理计算方法中一个重要的研究方向.节块法一般采用高阶通量和中子源展开以适应较大的节块尺寸,因此对于Pin by Pin计算来说效率偏低.由于反应堆堆芯不均匀性更多发生在径向,本文提出一种径向基于二维平面通量展开结合轴向常规节块法的综合方法进行三维Pin by Pin输...     

基于二维广义横向积分综合一维半解析的三维中子扩散节块法

目前, 轻水堆堆芯计算广泛采用基于横向积分技术的中子扩散方程节块展开法, 该方法需要对横向泄漏进行多项式近似而不严格, 而且堆芯设计还需要额外的精细功率重构模块用于获得组件内各栅元的功率分布。本文提出两维广义横向积分方法, 直接采用源展开以及表面流耦合方法, 可以避免上述两个不足。由于反应堆堆芯不均匀性更多发生在径向, 因此采用径向基于广义横向积分方法结合轴向常规节块法的综合方法进行三维中子扩散计算。通过基准问题的数值计算, 验证了该方法对于堆芯扩散计算的正确性和可行性。     

全堆芯Pin by Pin中子扩散节块法CMFD加速

采用节块方法中有效的半解析方法求解中子扩散方程，在径向采用pin by pin的计算方式且中子通量基于两阶展开，在轴向采用基于4阶展开中子通量的节块法，并且进行全堆粗网有限差分（CMFD）加速，以达到计算精度与计算效率的平衡.通过IAEA 2D/3D基准问题和自定义3D pin by pin参考问题的数值计算，验证所提出的方法能够达到预期的精度，同时CMFD能够取得很好的加速效果.     

改进的节块展开方法求解圆柱几何对流扩散方程

为高效求解球床高温气冷堆物理-热工耦合问题,发展改进节块展开法求解圆柱几何下的对流扩散方程.针对圆柱几何和对流扩散方程的特殊性,采用三阶多项式和指数函数作为r向横向积分方程的展开函数,在节块展开法的框架下高效求解对流扩散方程.数值验证表明,改进的节块展开方法具有固有的迎风特性,在使用粗网节块时依然能保持稳定性和较高的计算精度.     

中子输运方程基于界面修正的源迭代并行计算方法

中子输运方程的计算量非常大。在现有的计算机条件下，进行精密物理的数值模拟所需要的中子计算仍是非常的费时间和费内存的，不采用并行计算是难以承受的。并且，由于中子输运隐式离散纵标方法引起的数据强相关，以及计算过程必须严格沿中子运动方向进行(否则会出现计算不稳定)，因此会出现相当严重的算法同步的问题，使得隐式格式在大型并行计算机上实施时所能得到的并行度十分有限，严格限制了其实现具有高并行度的迭代计算的可能性。因此，对中子输运方程隐式差分格式进行并行改造是十分必要的。     

ITER试验包层模块的中子学分析与设计

ITER试验包层模块(TBM)的中子学的设计和计算结果为TBM的其它大多数系统设计提供重要的数据依据。本文首先应用TRANSX程序完成基于FENDL2.0新库制作,以及中子输运程序和数据库的基准检验;然后应用二维中子输运程序TWODANT,计算和分析了中国氦冷Li₄SiO₄固体氚增殖剂的试验包层模块的功率密度分布、增殖区产氚特性、结构材料的中子辐照特性、结构材料和增殖材料的产氢和产氦等特性,并给出一个经合理优化的 TBM中子学初步设计结果。     

基于大规模并行计算的三维多群中子扩散方程有限差分方法

三维多群中子扩散方程的精确、高效求解是核动力堆芯设计及燃料管理的基础。应用有限差分方法求解该方程具有简便、精确、成熟的优点;然而,该方法的计算量和存储量均较大,极大地限制了它的计算规模和应用范围。本文基于大规模并行计算,研究三维多群中子扩散方程有限差分方法:采用中心有限差分格式离散中子扩散方程;基于MPI并行编程模型,采用空间区域分解的方式实现大规模并行计算;采用多群多区域耦合PGMRES算法进行并行加速。在集群服务器上开发了ParaFiDi程序,并采用IAEA3D,PHWR等多个基准题对该程序进行验证。数值结果表明,ParaFiDi程序具有较高的计算精度和计算效率。     

基于非线性迭代的压水堆瞬态计算程序开发

采用目前工业上成熟的非线性迭代计算策略,基于两群粗网有限差分方法和多群UNM节块方法,开发了针对压水堆工况的三维瞬态扩散计算程序。UNM方法采用解析基函数作为基函数,通过方程变换解决了解析节块法在临界节块计算不稳定的问题,提高了计算精度。热工计算采用单通道模型和燃料棒一维导热模型,相比目前堆芯在用的经验关系式方法,该模型可以更加准确地计算燃料棒温度分布。采用基于横向积分方程的三节块方法,可以有效减轻控制棒尖齿效应对瞬态计算的影响。为测试程序性能,采用NEACRP等基准算例对程序进行了校验。数值结果表明,开发的程序计算结果正确,适用于压水堆堆芯瞬态过程的模拟。     

基于不连续因子的沸水堆芯三维瞬态数值模拟

基于不连续因子校正的粗网格有限差分法是实现堆芯瞬态三维数值模拟的高效方法之一, 粗网节块的界面不连续因子与边界反照率的计算方法决定了实时数值模拟过程中的精度。在计算不连续因子的过程中, 省去了细网节块计算与粗网均匀化过程, 直接在粗网格划分情况下, 基于节块展开法和非线性迭代策略, 推导了粗网格界面不连续因子比率与边界反照率的计算公式, 并编制了相应的计算程序。沸水堆典型算例的三维瞬态模拟证实该方法可在空间域和时间域两方面, 使静态、瞬态精度均达到与先进节块法相等同的程度, 并且计算效率优于先进节块法, 为核电站全范围模拟机三维堆芯的实时仿真模型开发提供了一种切实可行的选择。     

基于VERA基准题的cosRMC程序验证

为了验证反应堆物理软件和方法的计算能力,美国CASL (Consortium for Advanced Simulation of LWRs) 项目提出了VERA (Virtual Environment for Reactor Application) 堆芯物理基准题。该基准题以Watts Bar初始堆芯为模型,涵盖从二维单栅元到三维全堆芯的燃耗及换料的十个基准问题。针对VERA基准题模型,利用COSINE软件包中的反应堆蒙特卡罗分析程序cosRMC进行临界计算,得到了有效增殖因子、组件功率分布、控制棒微积分价值和反应性系数等结果。通过与基准题中提供的KENO结果对比,两种蒙特卡罗程序的计算结果吻合良好。这表明cosRMC程序具有从组件到堆芯的计算能力,其临界计算精度基本与KENO程序相当。     

Two-Level Stabilized Finite Volume Methods for the Stationary Navier-Stokes Equations

In this work, two-level stabilized finite volume formulations for the 2D steady Navier-Stokes equations are considered. These methods are based on the local Gauss integration technique and the lowest equal-order finite element pair. Moreover, the two-level stabilized finite volume methods involve solving one small Navier-Stokes problem on a coarse mesh with mesh size $H$, a large general Stokes problem for the Simple and Oseen two-level stabilized finite volume methods on the fine mesh with mesh size $h$=$\mathcal{O}(H^2)$ or a large general Stokes equations for the Newton two-level stabilized finite volume method on a fine mesh with mesh size $h$=$\mathcal{O}(|\log h|^{1/2}H^3)$. These methods we studied provide an approximate solution $(\widetilde{u}_h^v,\widetilde{p}_h^v)$ with the convergence rate of same order as the standard stabilized finite volume method, which involve solving one large nonlinear problem on a fine mesh with mesh size $h$. Hence, our methods can save a large amount of computational time.