一种基于二维堆芯的用于压水堆的在线能群压缩方法技术

本发明专利技术公开了一种基于二维堆芯的用于压水堆的在线能群压缩方法，首先将所要模拟的三维压水堆堆芯沿轴向几何切分若干层；对每一层建立细群的共振模型和输运模型；求解细群的共振模型和输运模型获得每个平源区的细群中子角通量密度和细群中子标通量密度；基于平源区的细群中子角通量密度和细群中子标通量密度和材料的细群中子截面获得材料的宽群中子截面；基于宽群的中子截面建立三维压水堆的输运模型，并求解获得三维的宽群中子角通量密度和细群中子标通量密度。本发明专利技术可以获得在线的径向反射层区域的细群中子角通量密度和标通量密度，获得的宽群中子截面更精确，求解精度高，可用于数值反应堆快速模拟计算，降低压水堆设计时不必要的安全裕量。计时不必要的安全裕量。计时不必要的安全裕量。

【技术实现步骤摘要】
一种基于二维堆芯的用于压水堆的在线能群压缩方法


[0001]本专利技术涉及核反应堆堆芯设计和安全领域，具体涉及一种基于二维堆芯的用于压水堆的在线能群压缩方法。

技术介绍

[0002]随着核电行业的不断发展，高保真数值模拟方法采用全堆芯直接求解，减少计算方法中的近似提高设计精度，从而减少压水堆中不必要的安全裕量，保证压水堆安全性的同时提高压水堆的经济性，是重要的技术发展方向。
[0003]高保真数值模拟方法采用全堆芯直接求解，计算的能群数目较多，目前常采用的能群结构有HELIOS
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49群，AMPX
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49群，AMPX
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51群和WIMS
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69群等。这些能群结构的能群数目太多，导致数值反应堆计算的内存较大，计算精度较低，严重制约了高保真数值模拟方法的工程应用。
[0004]目前的能群压缩方法多采用离线方法，不能保证材料的中子截面的精度，导致高保真数值模拟压水堆的精度较低。此外，目前基于栅元的在线能群压缩方法，不能提供压水堆反射层区域的在线中子通量分布，导致压水堆反射层区域的材料中子截面精度较低，制约了宽群的能群结构的数目的进一步减少。

技术实现思路

[0005]为了克服上述现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种基于二维堆芯的用于压水堆的在线能群压缩方法，该方法通过在二维堆芯平面层上细群的共振和输运模拟，在线的获得压水堆各个二维堆芯平面层的所有区域的材料宽群中子截面，并基于宽群中子截面构建堆芯三维输运模型，计算获得堆芯三维的宽群中子角通量密度和中子标通量密度，与传统方法相比，在线获得的材料宽群截面精度较高，且压水堆反射层区域的材料也可以获得在线的宽群中子截面，提高计算精度并进一步减少宽群数目。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案予以实施：一种基于二维堆芯的用于压水堆的在线能群压缩方法，包括如下步骤：步骤1：读取所要模拟的压水堆三维堆芯的几何信息、材料信息、边界条件信息、细群及宽群的能群结构信息；步骤2：根据步骤1获取的压水堆三维堆芯的几何信息和材料信息，在控制棒的插入深度位置以及在轴向材料发生变化的位置，将压水堆堆芯几何沿轴向切分为若干个二维堆芯平面层，针对每一层的各个材料区建立细群中子共振模型，如公式（1）所示，针对每一层的各个材料区划分平源区网格，建立平源区网格细群中子输运模型，如公式（2）所示；（1）其中，F — 压水堆二维堆芯平面层的燃料区总数；
M — 压水堆二维堆芯平面层的慢化剂区总数； — 压水堆二维堆芯平面层的第fu燃料区，第g群的中子总截面；— 压水堆二维堆芯平面层的第fu燃料区，第g群的中子标通量密度；— 压水堆二维堆芯平面层的第fu燃料区的体积；— 压水堆二维堆芯平面层的从燃料区产生的第g群中子在燃料区fu发生首次碰撞的概率；— 压水堆二维堆芯平面层的燃料区的中子源强度；— 压水堆二维堆芯平面层的第燃料区的体积；— 压水堆二维堆芯平面层的从慢化剂区mo产生的第g群中子在燃料区fu发生首次碰撞的概率；— 压水堆二维堆芯平面层的慢化剂区mo的中子源强度；— 压水堆二维堆芯平面层的慢化剂区mo的体积；（2）其中，i— 平源区编号；x — 直角坐标系的x轴方向坐标；y — 直角坐标系的y轴方向坐标；— 方向p与x轴正方向的夹角的余弦值；— 方向p与y轴正方向的夹角的余弦值； — 压水堆二维堆芯平面层的第i平源区，第g群的沿p方向的细群中子角通量密度；
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— 压水堆二维堆芯平面层的第i平源区，第g群的中子总截面，t为中子总截面符号； — 压水堆二维堆芯平面层的第i平源区，第g群的中子散射截面，s为中子散射截面符号； — 压水堆二维堆芯平面层的第i平源区，第g群的中子裂变截面，f为中子裂变截面符号，为平均每次裂变中子数； — 压水堆二维堆芯平面层的第i平源区，第g群的细群中子标通量密度； — 第l迭代步的特征值；ω
p — 中子角通量密度在p方向上的权重；步骤3：根据步骤2建立的细群中子共振模型和细群中子输运模型，获取每一层的平源区的细群中子角通量密度和细群中子标通量密度；步骤4：根据步骤3中获取的每一层的平源区的细群中子通量密度和细群中子标通量密度，结合每一层各个材料的细群中子截面，获得每一层的材料的宽群中子截面，如公式（3）所示；
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（3）其中， — 压水堆二维堆芯平面层的第i个平源区，第g群的细群中子标通量密度；— 压水堆二维堆芯平面层的第m个材料的第g群的细群中子截面，type包含总截面，散射截面，裂变截面；— 压水堆二维堆芯平面层的第m个材料的第G群的宽群中子截面，type包含总截面，散射截面，裂变截面；步骤5：根据步骤4中每一层的材料的宽群中子截面，建立压水堆三维堆芯的中子
输运模型，如公式（4）所示；（4）其中，i— 平源区编号；x — 直角坐标系的x轴方向；y — 直角坐标系的y轴方向；z — 直角坐标系的z轴方向； — 方向p与x轴正方向的夹角的余弦值；— 方向p与y轴正方向的夹角的余弦值； — 方向p与z轴正方向的夹角的余弦值；—中子角通量密度在p方向上的权重；— 压水堆三维堆芯的第i平源区，第G群的宽群中子总截面，t为中子总截面符号；— 压水堆三维堆芯的第i平源区，第G群的宽群中子散射截面，s为中子散射截面符号；— 压水堆三维堆芯的第i平源区，第G群的宽群中子裂变截面，f为中子裂变截面符号，为平均每次裂变中子数； — 压水堆三维堆芯的第i平源区，第G群的沿方向p的宽群中子角通量密度； — 压水堆三维堆芯的第i平源区，第G群的宽群中子标通量密度；— 第l迭代步的特征值；步骤6：求解步骤5中的压水堆三维堆芯的中子输运模型，获得三维宽群中子角通量密度和宽群中子标通量密度。
[0007]与现有技术相比，本专利技术有如下突出优点：本专利技术基于二维堆芯平面层上细群的共振和输运模拟，在线的获得压水堆各个二维堆芯平面层的所有区域的材料宽群中子截面，并基于宽群中子截面构建堆芯三维输运模型，计算获得堆芯三维的宽群中子角通量密度和中子标通量密度，与传统离线宽群截面计算方法相比具有更高的计算精度，且相比于基于栅元的在线能群压缩方法可获得反射层区域材料的在线宽群截面，可进一步减少宽群的数目，提高计算效率，保证计算精度。可用于数值反应堆快速模拟计算，降低压水堆设计时不必要的安全裕量，提高压水堆的经济性，为数值反应堆在压水堆堆芯设计中的工程应用奠定基础。
附图说明
[0008]图1是本专利技术方法流程图。
[0009]图2是压水堆堆芯的计算对象示意图。 具体实施方式
[0010]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做进一步详细说明。
[0011]本专利技术方法具体步骤如图1所示，图2展示的是压水堆堆芯，左边为压水堆堆芯的三维几何，右边为沿轴向切分后的若干二维堆芯平面层几何。本专利技术将图2所要模拟的三维压水堆堆芯沿轴向切分为若干层，针对每一层的各个材料区建立细群中子共振模型，针对每一层的材料区划分平源区网格，建立平源区网格细群中子输运模本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于二维堆芯的用于压水堆的在线能群压缩方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1：读取所要模拟的压水堆三维堆芯的几何信息、材料信息、边界条件信息、细群及宽群的能群结构信息；步骤2：根据步骤1获取的压水堆三维堆芯的几何信息和材料信息，在控制棒的插入深度位置以及在轴向材料发生变化的位置，将压水堆堆芯几何沿轴向切分为若干个二维堆芯平面层，针对每一层的各个材料区建立细群中子共振模型，如公式（1）所示，针对每一层的各个材料区划分平源区网格，建立平源区网格细群中子输运模型，如公式（2）所示；（1）其中，F — 压水堆二维堆芯平面层的燃料区总数；M — 压水堆二维堆芯平面层的慢化剂区总数；— 压水堆二维堆芯平面层的第fu燃料区，第g群的中子总截面；— 压水堆二维堆芯平面层的第fu燃料区，第g群的中子标通量密度； — 压水堆二维堆芯平面层的第fu燃料区的体积； — 压水堆二维堆芯平面层的从燃料区产生的第g群中子在燃料区fu发生首次碰撞的概率；— 压水堆二维堆芯平面层的燃料区的中子源强度；— 压水堆二维堆芯平面层的第燃料区的体积；— 压水堆二维堆芯平面层的从慢化剂区mo产生的第g群中子在燃料区fu发生首次碰撞的概率；— 压水堆二维堆芯平面层的慢化剂区mo的中子源强度；— 压水堆二维堆芯平面层的慢化剂区mo的体积；
（2）其中，i— 平源区编号；x — 直角坐标系的x轴方向坐标；y — 直角坐标系的y轴方向坐标；— 方向p与x轴正方向的夹角的余弦值；— 方向p与y轴正方向的夹角的余弦值；— 压水堆二维堆芯平面层的第i平源区，第g群的沿p方向的细群中子角通量密度；— 压水堆二维堆芯平面层的第i平源区，第g群的中子总截面，t为中子总截面符号；— 压水堆二维堆芯平面层的第i平源区，第g群的中子散射截面，s为中子散射截面符号；— 压水堆二维堆芯平面层的第i平源区，第g群的中子裂变截面，f为中子裂变截面符号，为平均每次裂变中子数；— ...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘宙宇，周欣宇，吴宏春，曹良志，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：