一种计算快中子堆组件轴向肿胀效应的方法技术

一种计算快中子堆组件轴向肿胀效应的方法，包含以下步骤：1、将输运计算网格与燃耗计算网格分离，输运计算网格在整个计算中保持不变，而燃耗计算网格随着燃料组件轴向肿胀保持相同比例的增长；2、基于变分节块方法，构造出中子输运方程解的弱形式，节块中截面是与空间位置相关的函数，使得输运计算节块内部允许出现多种材料；3、利用球谐函数以及空间正交多项式将通量展开，采用响应矩阵方法求解通量展开矩，从而获得各个节块的通量分布；4、根据燃耗节块的平均功率计算出该节块的燃耗深度，根据燃耗插值得到燃耗节块的均匀化截面，根据组件轴向伸长量调整燃耗节块内部的均匀化截面，进而得到计算节块内的所需要的非均匀截面。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及核反应堆堆芯设计和安全
，具体涉及一种计算快中子堆组件轴向肿胀效应的方法。
技术介绍
快中子反应堆可以把可裂变核素转化为易裂变核素，使得铀资源的利用率大幅度提高，对于核能的可持续发展具有重要的意义。目前，快堆还处于实验和设计阶段，精确的进行数值模拟对于快堆投入大规模商用是必不可少的环节。与现有商业化压水堆不同，为了使能谱更硬，获得更好的增殖效果，快堆通常使用金属铀锆合金作为燃料。金属燃料具有较大的温度膨胀系数，同时受到辐照时也容易发生肿胀变形。在堆芯中，组件所处位置的温度不同，同时组件所受到的辐照也各不相同，这些因素使得不同的组件在某个燃耗下轴向伸长量也是不同的。在传统的两步法计算中，节块方法是堆芯计算常用的方法。燃料组件轴向伸长效应会使得在计算节块中出现两种不同燃耗的材料。一个计算节块内包含两种不同燃耗的材料意味着该计算节块内，截面不是均匀的。这类似于控制棒尖齿效应，与之不同之处在于几乎所有的计算节块中均包含两种截面。传统上处理尖齿效应的方法并不能很好的用在计算轴向肿胀效应上。首先，自适应网格方法会使得堆芯节块中出现过细的网格，不仅大大增加了计算量，同时也使得节块通量难以收敛。采用再均匀化方法计算则需要每个节块计算均匀化截面，大大增加了计算量。可见，若能快速高效的计算组件轴向肿胀效应，需要一种能直接计算非均匀材料的节块方法。
技术实现思路
为了克服上述现有技术存在的问题，本专利技术的目的是提供一种能够快速计算快堆组件轴向肿胀效应的方法，该方法将基于非均匀节块的变分节块方法应用在三维堆芯计算中，它能够使得输运计算节块中包含两种燃耗的材料，从而能够有效的计算快堆组件轴向肿胀效应。为了实现上述目的，本专利技术采取了以下技术方案予以实施：一种计算快中子堆组件轴向肿胀效应的方法，该方法包括以下步骤：步骤一，对求解区域进行网格划分，径向上一个六角形组件为一个节块，轴向上根据具体问题划分若干网格，与传统方法不同之处在于轴向上的计算网格分为输运计算网格与燃耗网格，在燃耗初期，两套计算网格重合，随着燃耗的变化，燃料组件轴向伸长，输运计算网格保持不变，而燃耗网格随着组件轴向伸长而变长，输运计算网格内材料不是均匀的，而燃耗网格内材料是均匀的；步骤二，基于变分节块方法VNM，在求解区域建立全局泛函，构造出三维偶对称形式中子输运方程解的弱形式，节块局部泛函中的截面不是均匀的常数，而是与空间位置相关的函数，这使得输运计算节块内部允许出现多种材料；步骤三，利用球谐函数以及空间正交多项式将六角形节块内部的偶通量以及交界面处的拉格朗日乘子项展开，带入泛函中并对展开矩求导即得到展开矩的线性代数方程组，采用响应矩阵方法以及四色棋盘扫描算法求解通量展开矩，从而获得各个节块的通量分布，这时求解出燃耗节块的平均功率；步骤四，根据燃耗节块的平均功率能够计算出该节块的燃耗深度，根据燃耗插值得到燃耗节块的均匀化截面，根据组件轴向伸长量调整燃耗节块内部的均匀化截面，进而得到计算节块内的所需要的非均匀截面。与现有技术相比，本专利技术有如下突出优点：1.输运计算节块内部通量展开成正交多项式的形式，计算出通量展开矩后即可直接获得节块内部通量分布，不需要功率重构。2.由于可以直接获得节块内通量分布，该方法可以实现输运计算网格与燃耗网格分离，从而精确计算出下一步燃耗的截面。3.输运计算节块可以考虑两种以上的材料，不需要进行再均匀化计算，从而大大提高了计算效率。附图说明图1为组件轴向伸长效应示意图。图2程序计算流程图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明：本专利技术方法将基于非均匀节块的变分节块方法应用在了三维堆芯计算中，将输运计算网格与燃耗网格分离开，输运计算网格内可包含不同燃耗的材料，燃耗网格内包含均匀的材料，堆芯节块计算方法采用非均匀变分节块方法，它能够使得计算节块中包含两种燃耗的材料。在计算完成之后，根据通量展开矩，可以求得节块内功率在轴向的分布，从而求出燃耗节块内的平均通量，进而可以得到下一个燃耗步的截面。整个计算具体包括以下步骤：步骤一，对求解区域进行网格划分，径向上一个六角形组件为一个节块，轴向上根据具体问题划分若干网格，与传统方法不同之处在于网格分为计算网格与燃耗网格，在燃耗初期，两套计算网格重合，随着燃耗的变化，燃料组件轴向伸长，输运计算网格保持不变，而燃耗网格随着组件轴向伸长而变长，输运计算网格内材料不是均匀的，而燃耗网格内材料是均匀的；步骤二，非均匀节块中子输运方程的求解单能的中子输运方程可写成如下形式： Ω · ▿ φ g ( r , Ω ) + Σ t , g ( r ) φ g ( r , Ω ) = Σ s g , g ( r ) φ ( r , Ω ) + Q g ( r , Ω ) - - - ( 1 ) ]]>r——空间位置变量；Ω——角度变量；φg——第g能群中子角通量密度；g——能群标识；Σt,g——第g能群的总截面；——第g能群的自散射截面；Qg——第g能群的中子输运方程源项，包含群间散射源项以及裂变源项，这里假设散射为各项同性的，定义奇偶通量： ψ ( r , Ω ) = 1 2 ( φ ( r , Ω 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种计算快中子堆组件轴向肿胀效应的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：步骤一，对求解区域进行网格划分，径向上一个六角形组件为一个节块，轴向上根据具体问题划分若干网格，与传统方法不同之处在于轴向上的计算网格分为输运计算网格与燃耗网格，在燃耗初期，两套计算网格重合，随着燃耗的变化，燃料组件轴向伸长，输运计算网格保持不变，而燃耗网格随着组件轴向伸长而变长，输运计算网格内材料不是均匀的，而燃耗网格内材料是均匀的；步骤二，基于变分节块方法VNM，在求解区域建立全局泛函，构造出三维偶对称形式中子输运方程解的弱形式，节块局部泛函中的截面不是均匀的常数，而是与空间位置相关的函数，这使得输运计算节块内部允许出现多种材料；步骤三，利用球谐函数以及空间正交多项式将六角形节块内部的偶通量以及交界面处的拉格朗日乘子项展开，带入泛函中并对展开矩求导即得到展开矩的线性代数方程组，采用响应矩阵方法以及四色棋盘扫描算法求解通量展开矩，从而获得各个节块的通量分布，这时求解出燃耗节块的平均功率；步骤四，根据燃耗节块的平均功率能够计算出该节块的燃耗深度，根据燃耗插值得到燃耗节块的均匀化截面，根据组件轴向伸长量调整燃耗节块内部的均匀化截面，进而得到计算节块内的所需要的非均匀截面。...

【技术特征摘要】
1.一种计算快中子堆组件轴向肿胀效应的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：步骤一，对求解区域进行网格划分，径向上一个六角形组件为一个节块，轴向上根据具体问题划分若干网格，与传统方法不同之处在于轴向上的计算网格分为输运计算网格与燃耗网格，在燃耗初期，两套计算网格重合，随着燃耗的变化，燃料组件轴向伸长，输运计算网格保持不变，而燃耗网格随着组件轴向伸长而变长，输运计算网格内材料不是均匀的，而燃耗网格内材料是均匀的；步骤二，基于变分节块方法VNM，在求解区域建立全局泛函，构造出三维偶对称形式中子输运方程解的弱形式，节块局部泛函中的...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑友琦，李志鹏，吴宏春，李云召，曹良志，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61