中子时空动力学计算程序CORCA-K的进展

主要介绍了自主化中子时空动力学程序CORCA-K的相关研发进展。CORCA-K程序是中核集团自主研发的NESTOR软件包中的三维瞬态中子学计算软件。其核心功能是采用数值计算方法,求解三维瞬态中子扩散方程。其空间离散采用第二类边界条件节块格林函数方法,与三维稳态扩散计算程序CORCA-3D保持自洽性;时间离散采用对角线隐式龙格库塔格式,可在向后欧拉格式的基础上叠加实现,且具备时步自适应功能。以三维LMW基准问题、三维LRA基准问题和秦山核电厂3号机组第5循环为计算对象,开展了瞬态计算验证。结果表明,CORCA-K计算结果与参考程序符合较好,且在保证计算精度的条件下,具有更高的计算效率。     

ADS瞬态分析中的概率论-确定论耦合方法

针对加速器驱动次临界系统(ADS)瞬态问题,采用预估校正改进准静态方法(PCQS)处理时空中子动力学方程中的时间自变量,采用蒙特卡罗方法处理相应的空间-角度-能量自变量,重点解决了低次临界度下模拟计算不稳定的问题,验证了TWGIL-Seed-Blanket动力学基准问题和小型模拟ADS问题,得到瞬态过程的功率变化结果,与基于其他方法的程序比较,经初步验证取得了较好结果,证明了该耦合方法可行。     

高温气冷堆堆芯中子时空动力学模拟计算

研究开发三维圆柱几何堆芯多群中子时空动力学改进准静态方法模拟计算程序.对给定的模块式高温气冷堆模型进行模拟计算.初始状态下,计算结果与中子扩散程序CITATION吻合很好.动态情况下,模拟堆芯反应性、堆内各能群中子平均注量率和堆芯相对功率等物理量随时间变化,计算结果与理论分析一致.     

快堆中子学计算程序NECP-SARAX的改进与验证

NECP-SARAX是西安交通大学NECP团队开发的用于快中子反应堆的中子学程序系统。为准确处理快中子反应堆中中等质量核素散射共振以及非弹性散射导致的复杂的中子慢化效应,SARAX程序最初采用连续能量的蒙特卡罗方法计算中子能谱从而获得堆芯计算使用的有效多群截面。由于蒙特卡罗程序计算效率低,且在低能量段统计偏差较大,提出采用基于点截面的超细群方法计算中子慢化能谱,避免了蒙特卡罗方法产生参数时存在的缺陷。堆芯计算采用多群中子输运,通过优化简化几何建模,改进了程序的实用性。采用多种微扰方法计算堆芯各种反应性系数,提出了基于中子输运微扰理论的虚拟密度方法以计算堆内组件变形导致的反应性变化。在进行堆芯瞬态计算时,采用了点堆和改进准静态两种方法,可用于一般快堆和快谱ADS的典型事故分析。OECD发布的一系列快堆基准题测试表明,SARAX程序在快堆计算中具有良好的精度,达到了与国外著名快堆程序相当的水平。有效增殖因子与连续能量的蒙卡计算结果相比偏差在300 pcm以内。同时,由于引入了虚拟密度理论和三维时空动力学模型,程序功能更加完善,可以更好地满足快堆工程设计的需求。     

时域全波电磁计算程序JEMS-FDTD在复杂电磁环境研究中的应用

将自主研发的大规模并行三维全波电磁场时域求解程序JEMS-FDTD应用于复杂电磁环境问题,计算并分析了楼宇内电波传播特性和飞行器瞬态电磁特性。对楼宇内电波传播特性的计算获得了建筑物内任意位置的电磁场分布和电磁脉冲在建筑物内的时域传播过程,其结果可用于无线通信和电磁环境安全研究;对飞行器瞬态电磁特性的计算获得了飞行器舱内外瞬态电磁近场分布,其结果可用于飞行器强辐射场防护等研究。     

狭缝式裂变探测系统的中子灵敏度解析计算方法

 利用基于解析公式的理论方法来计算狭缝式裂变探测系统的中子灵敏度。采用积分和泰勒展开法推导了铀裂变材料在中子作用下产生的碎片数目及PIN探测器接收碎片的概率,并得到该系统的中子灵敏度理论计算公式。在D-T中子源上对该探测系统的中子灵敏度进行了实验标定,并将实验结果与解析公式计算得到的理论值进行比较。结果表明：理论计算值与实验结果保持一致,两者之间的偏差小于10%。     

MORSE-CG程序三维基准中子多孔隙度测井计算

用蒙特卡罗方法计算三维多孔隙度测井问题是一种比较有效的方法。本文给出增加了重新启动功能的MORSE-CG^[1]多功能蒙特卡罗程序计算孔隙度分别为1.0%和20.0%的基准中子测井问题的计算结果,以及其与MCNP和McDNL计算结果和计算时间的比较。比较显示三者在相同误差范围内的结果是一致的。     

蒙特卡罗输运模拟软件JMCT的深穿透屏蔽计算

核设施辐射屏蔽计算,由于其大规模计算及深穿透等特性,一直是蒙特卡罗方法工程应用的难点之一。采用我国自主研发的三维中子-光子蒙特卡罗粒子输运模拟软件JMCT,结合可视化建模工具JLAMT,对OECD国际基准例题Winfrith Iron/Water Benchmark Experiment(ASPIS)两例实验装置进行建模与计算分析, 并将计算结果与实验值及MCNP计算值进行对比。结果表明,JMCT计算值与MCNP计算值符合较好,其中Winfrith Iron Benchmark Experiment(ASPIS)最大偏差不超过7%,平均偏差1.3%;Winfrith Water Benchmark Experiment(ASPIS)最大偏差小于20%,平均偏差小于10%,证明了JMCT在屏蔽计算以及深穿透问题的可靠性与工程应用性。     

基于改进SURF算法的人脸点云配准

精准的三维人脸重建是三维人脸识别、三维人脸表情仿真等技术实现的重要前提。基于以往图像特征点和点云数据的三维配准算法研究,提出了一种计算量小、实时性较高的人脸配准算法。提取人脸图像特征点,计算64维的SURF描述符;利用RANSAC算法剔除不稳定匹配点;利用奇异值分解SVD求解粗配准变换矩阵;利用改进的最近点迭代算法求解最终变换矩阵。实验结果显示配准误差只有8.71895×10~(-5)m~2,总耗时为6.61s,相比较SIFT算法和手动寻找匹配点,速度快、精度高。     

基于JLAMT可视化建模的JMCT模拟计算

JMCT是中国工程物理研究院高性能数值模拟软件中心粒子输运团队自主研发的三维蒙特卡罗模拟软件,JLAMT为其前处理可视化建模工具。使用JLAMT和JMCT程序对BW,KRITZ,BEAVRS等系列基准题进行了模拟,并对有效增殖系数及计数功能进行了对比分析。其中有效增殖系数计算结果与MCNP5的最大偏差为KRITZ2装载方案19基准题的89.1 pcm,除BEAVRS基准题外的计数结果与MCNP5的偏差基本小于2%,平均偏差在1%左右;BEAVRS基准题功率分布模拟结果与MCNP5及实测值最大偏差分别为7.06%,16.6%,控制棒价值计算与MCNP5及实测值均吻合较好。,     

中国实验快堆燃料组件精细功率分布计算

在热工中,需要中子学计算给出燃料组件内各元件棒功率的相对分布。利用蒙特卡罗程序对中国实验快堆（CEFR）燃料组件内元件棒功率分布进行了理论计算分析,并保证计算结果相对统计误差小于0.8%。使用另一个基于六角形节块扩散理论的钠冷快堆中子学设计软件NAS计算得到的结果对蒙特卡罗程序计算结果进行了对比计算。结果表明,蒙特卡罗程序与NAS计算得到的元件棒相对功率分布结果的最大相对偏差小于3%。使用蒙特卡罗程序对CEFR燃料组件内精细功率分布的计算是可靠的,可用于设计计算当中。     

基于RELAP5的池式研究堆自然循环瞬态计算

反应堆的自然循环能力是其固有安全性的一项重要特征参数,利用RELAP5/Mod 3.4程序计算了JRR-3M池式研究堆在无应急冷却系统和有应急冷却系统条件下失去场外电源的事故工况,分析了冷却剂流动方向反转过程中的瞬态自然循环能力,并得到了最大自然循环载热能力。计算结果表明:应急冷却系统的投入明显地降低了燃料和冷却剂的温度,提高了反应堆的安全性;当衰变功率降低至590 kW时关闭辅助泵,利用自然循环能力可使反应堆达到安全状态。通过此研究堆的自然循环能力计算,验证了计算模型、计算方法的可行性,可进一步应用于此类型的研究堆。     

BEAVRS基准模型的cosRMC精细建模与临界测试验证

BEAVRS基准题是来自麻省理工学院(MIT)的基于商用压水堆全堆芯精细建模的国际基准模型,具有详细的实测数据,是由多种富集度燃料及控制棒组件组成的大型压水堆分析验证基准题。使用我国自主研发的蒙卡程序cosRMC对BEAVRS基准题进行精细建模,主要计算了热零功率(HZP)状态下的临界本征值、全堆功率分布和控制棒价值,并与实测值以及国际知名蒙卡程序MCNP,OpenMC,MC21等结果进行对比。HZP状态下,cosRMC临界本征值结果与MCNP计算结果相差仅7.1 pcm,符合较好；不同控制棒组件插入情况下的临界本征值与理论值1.000的偏差小于0.74%,控制棒价值结果与实测值误差小于100 pcm,计算精度与同类软件相当；此外还对比分析了全堆功率分布与实测值结果的吻合程度及误差产生原因。初步验证了cosRMC程序对复杂堆芯精细建模计算的可行性和准确性,为程序以后的应用及完善打下基础。     

铅基反应堆自然循环与应急余热排出研究

自然循环特性是铅基反应堆一回路的关键运行特性,对反应堆的非能动应急余热排出具有重要的影响,自然循环特性与余热排出能力是反应堆热工水力研究的重要内容。采用多孔介质方法,建立了CiADS铅基堆1/4三维计算模型,使用FLUENT程序对额定工况与低功率工况进行稳态计算。为了研究全厂断电事故下的余热排出过程,从热工水力的等效原则出发,尝试建立二维等效模型以提高瞬态计算效率。结果表明,CiADS铅基堆具备低功率自然循环运行能力和一定的事故容错能力;二维等效模型与三维模型计算结果吻合较好,可用于瞬态下的简化分析;CiADS铅基堆的非能动余热排出系统能够较好地应对全厂断电事故,反应堆具有良好的固有安全性。     

Z箍缩驱动混合堆包层瞬态传热特性

Z箍缩驱动聚变-裂变混合能源堆(Z-FFR)以较长周期(10s)脉冲式运行,为实现3000 MW的热功率输出,单个脉冲需要产生的能量较大,包层和第一壁在强热冲击下的瞬态传热和温度特性是决定Z-FFR技术可行性的关键问题之一。通过理论计算,分析了在连续脉冲作用下包层和第一壁温度随时间的变化规律。同时以输出恒定的电功率为目标,提出了展平系统输出功率的简便方法,并分析了出口冷却剂温度的波动特性。结果表明材料最高温度均在安全限值内,第一壁表面瞬时高温层厚度约为0.5mm,系统输出功率波动幅度在-2.84%~+2.05%范围内。     

BEAVRS基准模型热零功率状态的JMCT分析

使用JMCT (J Monte Carlo Transport Code)对来自MIT的全堆芯pin-by-pin精细建模的国际基准模型BEAVRS的热零功率(HZP)状态进行了模拟计算, 并与测试数据进行了对比和分析. 比较的物理量包括临界本征值、控制棒价值、反应性温度系数、轴向积分的全堆探测器测量值和不同位置四个组件轴向相对功率密度分布. HZP状态下不同控制棒位置插入和硼浓度的临界本征值计算, JMCT结果与理论值1.000 的误差小于0.2%, 控制棒价值计算结果与测量值符合. JMCT对轴向积分的探测器径向相对功率分布和四个组件的轴向归一化的探测器的计算结果与测量值进行了比较和分析, 计算结果与测量值一致, 同时清晰地展示了模型增加格架后, 轴向功率曲线在相应位置出现下凹的现象. 此外, JMCT给出了轴向积分的组件径向相对功率密度分布和轴向相对功率最大处(Z轴位置)的pin径向相对功率密度分布, 并与国际知名程序MC21结果进行了对比, 两个图像都符合得非常好. 随着计算机与并行计算的高速发展, 蒙特卡罗程序开始从传统的反应堆校验工具向反应堆设计工具转变.     

压电瞬态响应在换能器声功率测量中的应用

探索一种简便的聚焦超声功率测量方法,利用压电陶瓷片直接接收超声信号,通过机电类比得到压电瞬态响应由压电片在声波作用力下引起受迫振动产生的电压响应与固有振动产生的高频衰减响应叠加而成,分析输出压电信号与换能器声功率之间的换算关系。对输出压电信号进行二次包络提取,获得表征声功率变化的电压幅度曲线,分别找出不同换能器驱动电压下包络曲线的最大峰值电压,将其平方值与声功率计所测声功率进行线性拟合,并对理论关系式中的比例系数进行标定。实验结果所得线性拟合度较高,且标定后所得声功率与声功率计所测值相对误差低于8.7%,证明了通过压电瞬态响应测量换能器声功率具有可行性。      

星载行波管高效率阴极热子组件优化设计

为减小X波段星载脉冲行波管的热子功率,对阴极热子组件结构进行了优化设计,利用ANSYS有限元软件对该阴极热子组件结构进行了热分析,得到结构的稳态温度场分布、阴极温度瞬态解以及加热功率与阴极温度的关系,并与实测结果进行对比,对比结果表明,阴极温度模拟与实验结果误差在1.3%以内,说明了所用模型和方法的可行性。在此基础上通过研究阴极支持筒不同开槽宽度、壁厚及材料下热子加热功率-阴极温度关系,对阴极支持筒进行了优化。模拟结果显示,优化后的阴极热子组件结构加热功率由8.2W降到6.7 W。     

超高燃耗常规快堆堆芯物理概念设计

为了比较常规快堆与行波堆的堆芯特性,以最大卸料燃耗300 000 MWd/tHM为目标,设计了高燃耗快堆 (HBFR),给出了堆芯的物理学设计方案。采用六批换料方式补偿燃耗反应性损失。选择NAS程序计算了冷停堆状态、热停堆状态和满功率状态三种不同堆芯状态,分析了临界参数、功率分布、DPA特性、温度和功率反应性特性、控制棒价值等堆芯参数。设计结果表明,HBFR的燃料组件最大卸料燃耗接近300 000 MWd/tHM,平均卸料燃耗219 000 MWd/tHM,单循环燃耗反应性损失3.7%(k是有效增殖因子,k是有效增殖因子的变化量),可以通过补偿棒实现反应性控制,HBFR的各参数满足设计目标与设计限值,可以为下一步与行波堆的比较研究提供参考堆芯。     

双声源位置和强度识别的三维声强方法

目前在远场识别声源空间位置和强度缺乏行之有效的方法。针对此问题,提出采用四传声器进行三维声强测量,从而构建出声强、声源坐标和声功率的非车线性方程组,求解方程得出声源空间坐标和强度的方法。以3个三维声强探头对两个同频率单极子声源的识别为例,分别利用数值仿真和半消声室内的实验进行方法验证,并对声源的识别空间分辨率做了测试,得出角度识别最大误差为3.83°,为真实值的8.5%,距离识别最大误差0.1 m,为真实距离的10%。结果表明采用该方法空间坐标和声功率识别均具有很高的准确度,双声源的空间位置分辨力也优于远场声全息方法。