BNCT蒙特卡罗剂量计算中网格构造和材料确定的一种简便方法

BNCT国际基准问题分别推出了16 mm,8 mm和4 mm三种标准化网格模型,用MCNP蒙特卡罗程序模拟了这些模型,并与Snyder解析模型进行了比较.在此基础上,给出了一种质量守恒好,网格逼近程度高,且基于4种基本材料成份的BNCT网格构造方法.计算结果表明,在4 mm网格尺寸上,新方法采用基本材料模型可以达到采用混合材料模型的精度;用这种方法进一步产生了5 mm网格模型,把模拟结果和解析模型进行了比较,发现5 mm网格模型大脑内剂量计算误差较小,质量守恒好,并且能大大节省计算机模拟的时间,是一种很好的优化网格.     

涡轮动叶冷却结构设计方法Ⅲ:气热耦合计算

三维气热耦合数值模拟是涡轮叶片冷却结构详细设计中应用的热分析方法。三维气热耦合数值模拟的计算域实体模型建立借助于参数化方法,模型包括冷却结构尽可能多的细节、并保证足够高的模型精度。网格生成时,流体域采用结构化网格,并且需要在换热壁面上根据湍流模型的要求进行加密。将管网计算结果与三维数值模拟结果进行对比,发现管网计算的精度有限,而气热耦合计算方法能够捕捉更多流动换热现象,计算结果相对可信。对单个冷却结构方案进行三维数值计算的周期为5～15天,基本满足工程设计要求。     

非结构网格上的B-B单方程模型湍流计算

研究如何在非结构网格上进行Navier Stokes(N-S)方程湍流计算.采用格心有限体积方法离散N-S方程.为了适应非结构网格,计算所用的湍流模型特别选用Baldwin Barth(B-B)单方程模型.此模型由一个单一的具有源项的对流扩散方程组成.为了能在非结构网格上求解B B单方程模型,提出一显式有限体积格式,并直接对带源项的格式进行稳定性分析,得到了相应的时间步长限制条件.最后以平板、RAE 2822翼型、多段翼型绕流等数值算例验证了计算方法的有效性.     

光纤网格器件及其制造

本文研究了利用光学纤维来制作光纤网格器件的方法。研制成的器件参数和测量结果是:单元透镜总数为2.25×10~4,步距0.4mm,单元透镜摄影分辨率为110对线mm~(-1)、焦距0.3mm,网格器件总信息容量为1.089×10~7bit。     

非结构混合网格上的NS方程求解方法

提出了一套较为通用的,完全自动化的非结构混合网格生成方法.在物面粘性作用区,采用一种改进的推进层方法生成三棱柱形和金字塔形网格;在其他流动区域采用阵面推进方法生成四面体网格.采用一种改进精度的格心有限体积法对三维NS方程进行了求解,在加速收敛措施方面,提出了一种新的当地时间步长取定方法来减小质量较差的网格单元对流场计算稳定性和收敛速度的不利影响.以M6机翼和DLR/F4翼身组合体外形的粘性流场作为数值算例,验证了上述网格生成和流场求解方法的正确性和实用性.     

非结构子网格压力方法

纯拉氏流体力学计算失败的根源是砂漏运动和虚假涡旋,运用子网格拉氏质量与其相关的子网格密度得到子网格压力,子网格压力产生的扰动隅角力能消除这些虚假运动,以便消除困扰拉氏流体力学算法的网格畸变带来的数值计算困难.将包括子网格压力的相容流体算法推广到非结构网格,研制包括非结构子网格压力的相容流体程序,对Saltzman活塞问题进行数值模拟,从数值结果分析可知,非结构子网格压力方法能抑制虚假涡旋,消除砂漏畸变.     

基于浸入边界-多松弛时间格子玻尔兹曼通量求解法的流固耦合算法研究

针对流固耦合问题,发展了基于浸入边界-多松弛时间格子玻尔兹曼通量求解法(immersed boundary method multi-relaxation-time lattice Boltzmann flux solver,IB-MRT-LBFS)的弱耦合算法.依据多尺度Chapman-Enskog展开,建立不可压宏观方程状态变量和通量与格子玻尔兹曼方程中粒子密度分布函数之间的关系;采用强制浸入边界法处理流固界面使固壁表面满足无滑移边界条件,根据修正的速度求解动量方程力源项;结构运动方程采用四阶龙格-库塔法求解.格子模型与浸入边界法的引入使流固耦合计算可以在笛卡尔网格下进行,无需生成贴体网格及运用动网格技术,简化了计算过程.数值模拟了单圆柱横向涡激振动、单圆柱及串列双圆柱双自由度涡激振动问题.结果表明,IB-MRT-LBFS能够准确预测圆柱涡激振动的锁定区间、振动响应、受力情况以及捕捉尾流场结构形态,验证了该算法在求解流固耦合问题的有效性和可行性.     

一维爆轰波不稳定性的数值模拟

 对当量比为1的乙烷与空气的混合气体的一维爆轰不稳定问题进行数值模拟，得到了不同大小的网格对爆轰不稳定问题数值模拟结果的影响。网格大小Δx由从ZND模型分析得到的导引长度L_in确定，网格大小从0.2L_in变到0.002 5L_in。随着网格变细，没有得到振幅趋于一致的解，每一种网格尺寸得到的解的振幅都互不相同。当网格大小为Δx=0.01L_in、0.005L_in时，得到有规则的爆轰激波阵面压力的振荡，振荡的模式是峰值一大一小的振荡。网格更细时，爆轰波的振荡在计算范围内由一些有规则的振荡和一些较不规则的振荡组成。但爆轰激波阵面压力振荡的波长最后趋于一致，为91~93 mm，与实验得到的胞格长度88 mm很接近。     

无网格方法中结点搜索算法的改进

在采用无网格方法进行数值计算时,常常涉及到结点搜索问题.在处理复杂区域问题时,求解区域中分布的结点数量非常大.如果用传统的全局结点搜索算法时计算量将十分巨大,因此,提出了求解域分解法以减小结点搜索的计算量.采用该方法时,结点搜索的范围就可以由整个求解域缩减到几个相关的子域中,从而大大地减少了无网格方法计算中的结点搜索时间.用该方法对理想流体的位势流动进行了数值模拟,发现:随结点数的增加,无网格方法所用时间与有限元方法相比越来越大;但与全局结点搜索无网格方法相比,本方法大大节省了计算时间.     

SPH核函数光滑长度最优选取和自适应准则研究

基于小波分析理论和RKPM再生核函数研究无网格方法SPH中多尺度诊断工具,多尺度再生核函数使得数值计算在不同尺度上的响应分离,并通过动态伸缩窗函数给出计算域不同位置的时频特性,实现在无网格体系下构造网格计算方法的“自适应网格”,从而达到对不同流场位置多分辨率分析的目的.利用多尺度诊断工具中的小波分解算法给出SPH核函数在频域内能量残差估计,发展一种核函数光滑长度最优选取准则.最后,基于可压缩流场激波稀疏波共存的现象,针对传统的光滑长度自适应的缺陷,构造一种避免数值计算“拖尾”现象的自适应准则.     

Distribution of liquid velocity in the experimental model of a fuel assembly with a spacer grid

Distribution of liquid velocity and its pulsations were measured in the space between fuel elements of the 7-rod experimental model of the fuel assembly of nuclear power plants at Reynolds numbers of 8000, 16000, and 24000. The influence of the spacer grid on distribution of the axial component of liquid velocity was determined. It is shown that the relative values of liquid velocity and its pulsations do not depend on the Reynolds number and they are determined by the distance from the spacer grid.     

Investigating hydrodynamic characteristics and peculiarities of the coolant flow behind a spacer grid of a fuel rod assembly of the floating nuclear power unit

The results of experimental investigations of local hydrodynamics of a coolant flow in fuel rod assembly (FA) of KLT-40C reactor behind a plate spacer grid have been presented. The investigations were carried out on an aerodynamic rig using the gas-phase diffusive tracer test. An analysis of spatial distribution of absolute flow velocity projections and distribution of tracer concentration allowed specifying a coolant flow pattern behind the plate spacer grid of the FA. On the basis of obtained experimental data the recommendations were provided to specify procedures for determining the coolant flow rates for the programs of cell-wise calculation of a core zone of KLT-40C reactor. Investigation results were accepted for the practical use in JSC “OKBM Afrikantov” to assess heat engineering reliability of cores of KLT-40C reactor and were included in a database for verification of CFD programs (CFD-codes).     

Calculation of MEED intensities in the 5–10 keV electron energy range

A method for computing MEED intensities in the 5–10 keV electron energy range is described. The method is based on improving the computational efficiency of a RHEED program so that it can be used to handle the larger matrices involved in MEED calculations. As an example of its use rocking curves are computed for 5 keV electrons incident on the Al(110) surface in the 11?0 azimuth. Further numerical results are then presented to show that smaller scale calculations, in which only beams in the zeroth Laue zone are taken into account, can give a useful approximation to the exact rocking curves. Finally, the conditions under which these calculations are likely to be valid are discussed.     

Ultrasonic decontamination of prototype fast breeder reactor fuel pins

Fuel pin decontamination is the process of removing particulates of radioactive material from its exterior surface. It is an important process step in nuclear fuel fabrication. It assumes more significance with plutonium bearing fuel known to be highly radio-toxic owing to its relatively longer biological half life and shorter radiological half life. Release of even minute quantity of plutonium oxide powder in the atmosphere during its handling can cause alarming air borne activity and may pose a severe health hazard to personnel working in the vicinity. Decontamination of fuel pins post pellet loading operation is thus mandatory before they are removed from the glove box for further processing and assembly. This paper describes the setting up of ultrasonic decontamination process, installed inside a custom built fume-hood in the production line, comprising of a cleaning tank with transducers, heaters, pin handling device and water filtration system and its application in cleaning of fuel pins for prototype fast breeder reactor. The cleaning process yielded a typical decontamination efficiency of more than 99%.     

串级二极管悬浮电极支撑控制系统的研制

串级二极管悬浮电极支撑控制系统主要包括支撑结构、驱动电路和同步控制三部分。支撑结构采用基于电磁铁工作原理的支撑针,对悬浮电极进行三点定位;驱动控制采用高压脉冲电容放电驱动螺线电磁铁,使电磁铁支撑针在5 ms内移动30 mm,悬浮电极在撤去支撑的5 ms内自由落体125 m;同步控制采用螺线电磁铁线圈信号作为同步控制初始信号,对该信号延时5 ms,触发闪光二号的前级触发源,启动闪光二号主机工作,实现螺线电磁铁与闪光二号主机的同步。使用该套支撑控制系统用于串级二极管前期研究,初步实现了两级间隙串联工作。     

棒束通道CHF预测方法研究

本文采用实验和数值计算分析相结合的方法,研究了带定位格架棒束通道内过冷流动沸腾工况下临界热流密度(CHF)发生情况.提出了通过采用CFX4.4程序对带定位格架棒束通道内过冷流动沸腾计算来预测CHF发生位置的方法.结果表明,随着程序的发展和物理模型的完善,计算流体动力学方法(CFD)将成为核燃料棒束组件临界热流密度实验、设计和安全评估强有力的计算分析工具.     

网格基任向偏导实现及层析应用

将光线偏折方程中的任向偏导转化为数值差分形式,并应用于层析线性运算.网格化待测场,将微分待测场的每一正方形网格及相应折射率近似为曲面底的正圆锥体,圆锥体顶端的折射率值对应该网格的折射率,在底面的投影对应网格的中心.假设紧邻三网格中心间的折射率分布共平面,在一个网格宽度内将偏导转化成数值差分形式.结果发现：基于上述近似和假设,可以将任意探测光线相关的偏导转化为数值差分形式,将非线性偏导方程转化为线性差分方程,建立层析方程.于是,偏折角可以作为投影直接重建.     

激波与火焰面相互作用数值模拟的GPU加速

为考察计算机图形处理器（GPU）在计算流体力学中的计算能力,采用基于CPU/GPU异构并行模式的方法对激波与火焰界面相互作用的典型可压缩反应流进行数值模拟,优化并行方案,考察不同网格精度对计算结果和计算加速性能的影响.结果表明,和传统的基于信息传递的MPI 8线程并行计算相比,GPU并行模拟结果与MPI并行模拟结果相同;两种计算方法的计算时间均随网格数量的增加呈线性增长趋势,但GPU的计算时间比MPI明显降低.当网格数量较小时（1.6×10⁴）,GPU计算得到的单个时间步长平均时间的加速比为8.6;随着网格数量的增加,GPU的加速比有所下降,但对较大规模的网格数量（4.2×10⁶）,GPU的加速比仍可达到5.9.基于GPU的异构并行加速算法为可压缩反应流的高分辨率大规模计算提供了较好的解决途径.     

卢卡斯光子筛的聚焦特性研究

介绍了一种基于卢卡斯数编码设计的轴上四焦点光子筛,其各焦距分布与黄金分割比密切相关.实验上利用相移数字全息验证了设计器件具有轴上四焦点聚焦特性,测量结果表明:轴向焦距和横向焦斑光强分布与理论设计值一致.该振幅型光子筛具有体积小、重量轻、易加工等优点,可应用于X波段显微和生物细胞阵列成像等领域.     

腔内倾斜标准具法压缩KrF激光线宽

在一台长脉冲放电泵浦ＫｒＦ准分子激光器上，对采用腔内倾斜标准具法压缩线宽进行了研究。采用平行平面腔结构，在谐振腔中加入小孔光阑以控制横模振荡，并加入０．１ｍｍ空气隙、０．５ｍｍ固体和３ｍｍ固体三个标准具体作为线宽压缩元件，实验中研究了不同光阑孔径及输出耦合率对输出线宽和输出能量的影响。实验获得的线宽小于３ＧＨｚ，相当于线宽压缩一千倍。