一种超临界水堆堆芯核热耦合迭代方法技术

超临界水堆堆芯核热耦合迭代方法，执行完m次中子学计算后执行一次热工水力计算，m为设定的中子学计算迭代次数，m大于5；在执行中子学计算中，引入自适应松弛因子ω并利用功率密度分布迭代函数对第2次至第m次执行中子学计算得到的功率密度分布进行调整，调整后功率密度分布用于下一次执行中子学计算中或热工水力计算中。本发明专利技术解决了SCWR堆芯核热耦合计算中迭代计算难以收敛的问题，提高核热耦合计算的计算效率和数值稳定性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及核反应堆设计
，具体地，涉及一种超临界水堆堆芯核热耦合 迭代方法。
技术介绍
超临界水堆（SCWR)的运行工况在水的热力学临界点（374°C，22. IMPa)以上，具备 较高的系统热效率且反应堆系统简化、紧凑。但是，超临界水的密度、比热以及热导率在超 临界区域变化剧烈，在通常定义的运行压力25MPa、堆芯冷却剂进口/出口温度280°C/500°C 的超临界水堆中，冷却剂的密度由堆芯入口的约777kg/m3变化到堆芯出口的约90kg/m3。剧 烈变化的水密度显著影响堆芯内中子慢化能力，慢化能力变化引起的功率密度分布变化反 过来又将显著影响堆芯内水密度分布。这种物理-热工耦合特性显著强于传统的压水堆，要 求在堆芯稳态性能分析及方案设计时必须考虑核热耦合。 SCWR堆芯中，冷却剂密度、慢化剂密度分布不均匀且变化剧烈，功率密度分布的微 小变化可能引起冷却剂密度、慢化剂密度的剧烈变化，进而显著改变中子截面参数，反过来 使功率密度分布也产生剧烈变化。上述强烈核热耦合特性，使得SCWR堆芯的核热耦合计算 面临迭代收敛性、数值稳定性以及计算效率的挑战。 现有核热耦合迭代技术中，耦合迭代方法通常采用解耦迭代方法和逐次迭代方 法。解耦迭代方法要求每个迭代步中，所有计算完全收敛后才开始下一步的迭代计算。对于 一个给定迭代步，基于当前热工-水力参数和中子截面参数的预估值，计算至中子裂变源完 全收敛。解耦迭代方法的计算效率较低，且对于迭代计算参量变化剧烈的分析对象，如冷却 剂密度变化剧烈的SCWR堆芯，甚至会导致迭代计算不收敛。逐次迭代方法假设一个功率密 度分布，通过迭代公式不断进行迭代，直至相邻两次的功率密度分布最大相对偏差小于收 敛精度要求。对于迭代计算参量变化剧烈的SCWR堆芯，相邻两次的功率密度分布容易出现 功率振荡，导致无法收敛。特别是对于多流程SCWR堆芯，在堆芯顶部和底部可能分别形成功 率峰，这将进一步导致堆芯内功率密度分布难以收敛。
技术实现思路
本专利技术的目的就在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种超临界水堆堆芯 核热耦合迭代方法，该方法解决了超临界水堆堆芯核热耦合计算过程中迭代计算难以收敛 的问题，并提高核热耦合计算的计算效率和数值稳定性。 本专利技术解决上述问题所采用的技术方案是： ，执行完m次中子学计算后执行一次热工水力 计算，m为设定的中子学计算迭代次数，m大于5。本技术方案中，在执行每步热工水力计算前 并不要求外迭代完全收敛才执行热工水力计算，也不要求每执行一次外迭代就进行一次热 工水力计算;核热耦合计算的效率得到显著提高。 作为本专利技术的进一步改进，在执行中子学计算中，引入自适应松弛因子ω并利用 功率密度分布迭代函数对第2次至第m次执行中子学计算得到的功率密度分布进行调整，得 到的调整后功率密度分布用于下一次执行中子学计算中或执行热工水力计算中，具体包括 以下步骤： 51、 设定中子学计算迭代次数m，构建功率密度分布迭代函数，初始化执行中子学计算 次数η; 52、 执行第一次中子学计算，并统计中子学计算次数后跳转到步骤S3; 53、 利用执行第一次中子学计算得到的功率密度分布执行第二次中子学计算，并统计 中子学计算次数后跳转到步骤S4; 54、 计算最近一次执行中子学计算得到的功率密度分布的相对偏差，并根据该相对偏 差选取自适应松弛因子ω的取值； 55、 将步骤S4中选取的自适应松弛因子ω的取值和最近一次执行中子学计算得到的功 率密度分布代入功率密度分布迭代函数计算出调整后功率密度分布，判断中子学计算次数 是否等于中子学计算迭代次数，是则将中子学计算次数设为初始值后跳转到步骤S7,否则 跳转到步骤S6; 56、 利用步骤S5中的调整后功率密度分布再一次执行中子学计算，统计中子学计算次 数，跳转到步骤S4; 57、 利用步骤S5中的调整后功率密度分布执行热工水力计算，判断执行热工水力计算 后得到的功率密度分布是否收敛，是则结束计算，否则跳转到步骤S2。本技术方案中，在功 率密度分布迭代计算过程中引入松弛因子对功率密度分布进行调整，可以避免由于相邻两 次迭代计算结果差值过大而引起迭代过程发散，自适应松弛因子随着迭代的收敛情况而自 行调整取值，在保证迭代收敛性和数值稳定性的前提下，尽可能提高计算效率。 进一步，所述功率密度分布迭代函数为：式（1)中，η为中子学计算次数；ωη为对第η次执行中子学计算得到的功率密度分布进 行调整时使用的自适应松弛因子ω的取值;Ρη为第η-1次执行中子学计算得到的功率密度 分布，Ρη为第η次执行中子学计算得到的功率密度分布，Ρ'η为第η-I次执行中子学计算得 到的功率密度分布的调整后功率密度分布，Ρ' η为采用进行调整得到的调整后功率 密度分布。 进一步，步骤S4中所述选取自适应松弛因子ω的取值方法为：式中，εΡη为第η次执行中子学计算得到的功率密度分布的相对偏差，其中：式(3)中，Pw为第n-1次执行中子学计算得到的功率密度分布，ρζ η为第n-1次执行中 子学计算得到的功率密度分布的调整后功率密度分布，Pn为第η次执行中子学计算得到的 功率密度分布。进一步，所述中子学计算迭代次数m为20-40。优选的，所述中子学计算迭代次数m为30。 进一步，所述步骤S6中判断执行热工水力计算后得到的功率密度分布是否收敛的 具体方法为:判断执行热工水力计算后的功率密度分布和执行热工水力计算前的功率密度 分布是否满足公式(2 )，满足则收敛，不满足不收敛：(4 >;式(4)中，f (q'm)为执行热工水力计算后的功率密度分布，q 'm 为第m次执行中子学计算得到的功率密度分布的调整后功率密度分布，δ为设定的收敛值。 综上，本专利技术的有益效果是： 1、 本专利技术通过采用改进的外迭代耦合方法和匹配的自适应松弛因子，有效解决了 SCWR 堆芯核热耦合计算时的迭代收敛性问题，并确保了耦合计算的数值稳定性； 2、 本专利技术将SCWR堆芯核热耦合计算的计算效率提高了三倍以上。【附图说明】 图1是本专利技术的超临界水堆堆芯核热耦合迭代方法； 图2是超临界水堆堆芯核热耦合计算流程。【具体实施方式】 本专利技术通过采用改进的外迭代耦合方法和匹配的自适应松弛因子，提高核热耦合 计算的迭代收敛性、计算效率和数值稳定性。其主要思想是执行完设定次数(m次）的中子学 计算后执行一次热工水力计算，m为设定的中子学计算迭代次数，m大于5。在执行中子学计 算中，引入自适应松弛因子ω并利用功率密度分布迭代函数对每轮第2次至第m次执行中子 学计算得到的功率密度分布进行调整得到调整后功率密度分布，该调整后功率密度分布用 于下一次执行中子学计算中或执行热工水力计算中，保证迭代收敛性和效率。下面结合实 施例及附图，对本专利技术作进一步地的详细说明，但本专利技术的实施方式不限于此。 实施例1: 如图1所示，，包括以下的步骤S1-S7: 51、 设定中子学计算迭代次数m，构建功率密度分布迭代函数;初始化执行中子学计算 次数η，本实施例中初始化η时将η的值设定为0; 52、 执行第一次中子学计算，当前第1页1 2 3 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超临界水堆堆芯核热耦合迭代方法，其特征在于，执行完m次中子学计算后执行一次热工水力计算，m为设定的中子学计算迭代次数，m大于5。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王连杰，赵文博，卢迪，陈炳德，姚栋，夏榜样，于颖锐，李庆，
申请(专利权)人：中国核动力研究设计院，
类型：发明
国别省市：四川;51