一种消除反应堆堆芯计算中控制棒尖齿效应的方法技术

一种消除反应堆堆芯计算中控制棒尖齿效应的方法，具体步骤为：步骤1：将整个求解区域划分若干个节块区域，写出待求解的中子扩散方程；步骤2：运用变分原理，写出每个节块泛函式；步骤3：将中子通量密度和中子源用空间基函数展开并代入到节块泛函式中；步骤4：利用节块泛函式得到节块表面出射中子流和入射中子流之间的关系式以及节块内通量与节块表面出射流、入射流的关系式；本发明专利技术方法基于变分节块方法，它将节块泛函中的截面写成空间的函数，推导过程中不作节块内的宏观截面是常数的假设，最终将节块内的非均匀性体现在节块的响应矩阵中，从而实现对非均匀节块的计算，进而消除控制棒尖齿效应。

【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
，具体涉及一种消除反应堆堆芯计算中的控制棒尖齿效应的方法。
技术介绍
随着核能的能源战略地位不断凸显，人们对核反应堆的安全性和经济性越来越关注，对反应堆物理计算的精度也提出了越来越高的要求。而控制棒尖齿效应是反应堆堆芯计算中不可避免的问题，也是影响堆芯计算精度的重要原因。在反应堆堆芯计算中，采用的计算节块的轴向尺寸一般在20cm左右，而控制棒的移动步长只有1至2cm，因此不可避免的会出现控制棒局部插入的非均匀节块。在用传统的节块方法计算时，必须获得这些非均匀节块的均匀化截面。若直接采用体积权重的方法，则计算的控制棒微分价值曲线上会出现一系列尖齿，这一现象便称为“控制棒尖齿效应”，这种对控制棒价值的计算偏差严重影响了堆芯计算精度。从十九世纪八十年代以来，出现了很多方法来处理控制棒尖齿效应，如体积-近似通量权重方法、体积-重建的轴向通量权重方法和自适应网格方法。前两种方法只能减弱控制棒尖齿效应，并无法完全消除；自适应网格方法根据控制棒的不同插入位置对堆芯节块进行动态划分，保证控制棒底端与节块界面对齐，这种方法理论上能消除控制棒尖齿效应，但它有可能使堆芯轴向某些位置出现极薄的节块，增加了堆芯计算量甚至会影响计算精度。可见，若能打破传统节块方法对节块内均匀化截面的要求，则不需要权重方法来获得节块均匀化截面，也不需要重新划分网格，能直>接有效得消除反应堆堆芯计算中的控制棒尖齿效应。
技术实现思路
为了克服上述现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种消除反应堆堆芯计算中的控制棒尖齿效应的方法，这种方法基于变分节块方法，它将节块泛函中的截面写成空间的函数，推导过程中不作节块内的宏观截面是常数的假设，最终将节块内的非均匀性体现在节块的响应矩阵中，从而实现对非均匀节块的计算，进而消除控制棒尖齿效应。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：一种消除反应堆堆芯计算中控制棒尖齿效应的方法，该方法包括以下步骤：步骤1：将整个求解区域划分若干个节块区域，写出待求解的中子扩散方程(以一维平板几何为例，省略能群符号g)：-ddxD(x)ddxΦ(x)+Σt(x)Φ(x)=Σs(x)Φ(x)+S(x)---(1)]]>其中，Φ(x)表示中子通量密度(cm-2·s-1)；D(x)、Σt(x)和Σs(x)分别表示中子扩散系数(cm)，中子宏观总截面(cm-1)和群内宏观散射截面(cm-1)；S(x)表示中子源项(cm-3·s-1)，包括散射源项和裂变源项：S(x)=Σ(x)Φ(x)+1kF(x)Φ(x)---(2)]]>其中，散射源项为：Σ(x)Φ(x)=Σg′≠gΣgg′s(x)Φg′(x)---(3)]]>裂变源项为：1kF(x)Φ(x)=Σg′χgkνΣf,g′(x)Φg′(x)---(4)]]>k表示有效增殖因子；χ表示中子裂变能谱；νΣf(x)和分别表示中子宏观产生截面(cm-1)和群间散射截面(cm-1)；步骤2：运用变分原理，对中子扩散方程在整个求解域及其边界上建立全局泛函，并写出每个节块对全局泛函的贡献，即节块泛函式：Fv[Φ,J]=∫vdV{D(x)(ddxΦ(x))2+(Σt(x)-Σs(x))Φ(x)2-2Φ(x)S(x)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种消除反应堆堆芯计算中控制棒尖齿效应的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：步骤1：将整个求解区域划分若干个节块区域，写出待求解的中子扩散方程：-ddxD(x)ddxΦ(x)+Σt(x)Φ(x)=Σs(x)Φ(x)+S(x)---(1)]]>其中，Φ(x)表示中子通量密度，单位，cm‑2·s‑1；D(x)、Σt(x)和Σs(x)分别表示中子扩散系数，单位cm，中子宏观总截面，单位cm，和群内宏观散射截面，单位cm；S(x)表示中子源项，单位cm，包括散射源项和裂变源项：S(x)=Σ(x)Φ(x)+1kF(x)Φ(x)---(2)]]>其中，散射源项为：Σ(x)Φ(x)=Σg′≠gΣgg′s(x)Φg′(x)---(3)]]>裂变源项为：1kF(x)Φ(x)=Σg′χgkvΣf,g′(x)Φg′(x)---(4)]]>k表示有效增殖因子；χ表示中子裂变能谱；νΣf(x)和分别表示中子宏观产生截面，单位cm，和群间散射截面，单位cm；步骤2：运用变分原理，对中子扩散方程在整个求解域及其边界上建立全局泛函，并写出每个节块对全局泛函的贡献，即节块泛函式：Fv[Φ,J]=∫vdV{D(x)(ddxΦ(x))2+(Σt(x)-Σs(x))Φ(x)2-2Φ(x)S(x)}+2Σγ=1NΦ(x)J(x)---(6)]]>以上节块泛函中的截面是空间位置的函数，不作节块内的截面是常数的假设；其中，γ表示节块边界，N表示节块表面数，J(x)表示节块边界的净中子流密度；步骤3：利用空间基函数将节块泛函式中的中子通量密度和中子源展开成如下形式：其中，空间基函数fi(x)是正交多项式，和si是待求解的未知数；将展开式(7)代入节块泛函式(6)中，得到矩阵形式的节块泛函：其中矩阵A中的元素Aii'和矩阵M中的元素Miγ的计算公式为：Aii′=∫v{13Σt(x)·dfi(x)dx·dfi′(x)dx+(Σt(x)-Σs(x))fi(x)fi′(x)}dx---(10)]]>Miγ=fi(x)|x=xγ---(11)]]>和s分别是由展开式系数和si构成的向量，j是由节块边界净中子流密度组成的向量；此时已将节块内的非均匀性考虑到节块的响应矩阵A中；步骤4：令矩阵形式的节块泛函对通量展开系数的变分为零，对节块表面净流的展开系数的变分连续，经过推导就得到出射中子流和入射中子流之间的关系式以及节块内通量与节块表面出射流、入射流的关系式：j+=Bs+Rj----(15)]]>其中j+和j‑表示节块表面的出射中子流和入射中子流，表示节块内通量，矩阵B，C，H和R是由几何与材料共同决定的节块内响应矩阵；再加上节块内通量和源项之间的关系式(2)便能够通过迭代求解，获得中子扩散方程的解。...

【技术特征摘要】
1.一种消除反应堆堆芯计算中控制棒尖齿效应的方法，其特征在于：该方
法包括以下步骤：
步骤1：将整个求解区域划分若干个节块区域，写出待求解的中子扩散方程：
-ddxD(x)ddxΦ(x)+Σt(x)Φ(x)=Σs(x)Φ(x)+S(x)---(1)]]>其中，Φ(x)表示中子通量密度，单位，cm-2·s-1；D(x)、Σt(x)和Σs(x)分别表示
中子扩散系数，单位cm，中子宏观总截面，单位cm，和群内宏观散射截面，
单位cm；S(x)表示中子源项，单位cm，包括散射源项和裂变源项：
S(x)=Σ(x)Φ(x)+1kF(x)Φ(x)---(2)]]>其中，散射源项为：
Σ(x)Φ(x)=Σg′&...

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