一种轴向分区控制棒组件截面计算方法技术

本发明专利技术属于核反应堆堆芯计算技术领域，具体公开了一种轴向分区控制棒组件截面计算方法，首先，建立轴向计算网格和轴向材料网格；然后，建立控制棒组件移动到高度时轴向计算网格与轴向材料网格的材料对应关系和各材料在轴向计算网格的份额；最后，计算得到轴向计算网格的截面参数。本发明专利技术针对新型轴向分区控制棒组件，建立了控制棒组件移动后与控制棒材料的对应关系，克服了传统控制棒组件截面计算方法用于新型控制棒组件的不足，为铅铋快堆等采用新型控制棒组件的全堆芯计算提供了更准确的截面参数。截面参数。截面参数。

【技术实现步骤摘要】
一种轴向分区控制棒组件截面计算方法


[0001]本专利技术属于核反应堆堆芯计算
，具体涉及一种轴向分区控制棒组件 的截面计算方法。

技术介绍

[0002]如何控制核反应堆反应性是反应堆设计的重要内容，核反应堆反应性控制的 主要任务：1)在确保安全的前提下，控制反应堆的剩余反应性，以满足反应堆 长期运行的需求；2)通过最佳的提棒程序，反应堆在整个寿期内保持平坦的功 率分布，使功率峰因子尽可能的小；3)在外界负荷发生变化的时候，能调节反 应堆功率，使之适应外界负荷变化；4)当反应堆出现事故时，能迅速安全的停 堆，并保持适当的停堆深度。
[0003]控制反应性的主要方式包括：控制棒控制、固体可燃毒物控制和化学补偿控 制。控制棒是调节反应堆堆芯功率分布、紧急停堆的主要手段。在压水堆、沸水 堆等轻水堆堆型中，二氧化铀芯块装入中空金属管形成燃料元件，150～300根燃 料元件组装成方形截面的燃料组件，在燃料组件中空出一些固定位置用于布置控 制棒元件，这类放置了控制棒元件的组件即为控制棒组件，可以通过驱动机构实 现控制棒在组件内预留位置的提出和插入，其他燃料元件保持不动。而在第四代 金属冷却快堆中，如钠冷快堆、铅铋冷却快堆中，控制棒组件并非是控制棒元件 零星布置在燃料组件内的预留位置中，而是由控制棒元件为主体组装形成的，通 过控制组件驱动机构实现整个控制棒组件在堆芯的提出或插入。与传统轻水堆控 制棒组件另一个较大的区别是，由于快堆相对体积更小，为了更好的控制堆芯功 率分布，控制棒组件往往在轴向进行分区，各区中可以布置不同强度的控制棒吸 收材料。参照图1
‑
2给出的一种新型控制棒组件，径向分布主要由组件壳4、包 壳5和吸收体6组成，轴向分区主要由反射层7、第一种吸收材料8、第二种吸 收材料9构成。
[0004]传统不考虑轴向分区的轻水堆控制棒组件的截面计算方法在应用于铅铋快 堆等考虑轴向分区的控制棒组件截面计算时存在以下不足：1)传统控制棒组件 截面计算方法是采用基准状态+增量状态组合计算得到，其中基准状态中提供未 插入控制棒时的截面，增量状态提供插入控制棒后的截面变化量，而在新型控制 棒组件中，由于控制棒组件作为一个整体进行移动，因此不再存在无控制棒时全 是燃料元件的基准状态，2)传统方法中的增量状态只区分了控制棒插入到具体 网格节块中的比例，无法提供因考虑轴向分区后，不同材料在网格节块中的比例， 从而无法准确计算增量状态时的控制棒组件截面。

技术实现思路

[0005]针对传统不考虑轴向分区的轻水堆控制棒组件的截面计算方法，不能适用于 考虑轴向分区的控制棒组件截面计算的问题，本专利技术提供一种轴向分区控制棒组 件截面计算方法，目的在于能够针对新型轴向分区的控制棒组件实现其截面参数 计算。
[0006]为了实现上述专利技术目的，本专利技术通过下述技术方案实现：
[0007]一种轴向分区控制棒组件截面计算方法，包括以下步骤：
[0008]S1.建立用于全堆芯扩散和/或输运计算的轴向计算网格；
[0009]S2.针对轴向分区控制棒组件按照材料成分建立轴向材料网格；
[0010]S3.建立控制棒组件移动到高度L时轴向计算网格与轴向材料网格的材料 对应关系；
[0011]S4.建立控制棒组件移动到高度L时轴向计算网格中各材料所占体积份额；
[0012]S5.基于材料截面库和步骤S4中轴向计算网格内各材料所占的份额，计算 控制棒组件位于高度L时轴向计算网格中的中子截面参数。
[0013]以上方案通过建立堆芯轴向计算网格与控制棒分区材料的对应关系，提供控 制棒组件在堆芯内任意位置时堆芯轴向计算网格里包含的控制棒材料和该控制 棒材料所占比例的数值算法，实现控制棒组件在各计算网格内的截面参数计算。
[0014]进一步地，步骤S1中：
[0015]堆芯轴向计算网格划分为N段，第n段标号为n，第n段的轴向长度为ΔZ(n)， 用Z(n)表示第n段网格顶部距离堆芯底部的高度，Z(0)＝0为堆芯底部，则第n 段轴向计算网格高度由以下公式计算：
[0016]Z(n)＝Z(n
‑
1)+ΔZ(n)。
[0017]作为优选，步骤S1中：轴向计算网格各段的高度一致。
[0018]进一步地，步骤S2中：
[0019]轴向材料网格划分为M段，第m段标号为m，第m段的轴向长度为ΔH(m)， 第m段的轴向材料标记为Mat(m)，堆芯底部以下的冷却剂材料标记为Mat(0)， 用H(m)表示第m段网格顶部距离堆芯底部的高度，则第n段轴向材料网格高度 由以下公式计算：
[0020]H(m)＝H(m
‑
1)+ΔH(m)；
[0021]控制棒组件被移动到高度L时，则轴向材料网格底部的高度由以下公式表 示：
[0022]H(0)＝L。
[0023]作为优选，步骤S2中：按照一个网格内只包含一种材料的原则进行划分， 轴向材料网格数≤轴向计算网格数。
[0024]进一步地，步骤S3包括以下子步骤：
[0025]S31.计算控制棒组件移动到高度L时其底部对应的轴向计算网格号，标记 为Rod_Down；
[0026]Rod_Down＝n；
[0027]S32.为从堆芯底部到控制棒组件底部对应轴向计算网格Rod_Down的轴向 计算网格明确材料为冷却剂；
[0028]ZMat(n,0)＝Mat(0)；
[0029]式中，ZMat(:,:)：轴向计算网格里的控制棒材料编号；
[0030]S33.建立控制棒组件移动到高度L时轴向计算网格与轴向材料网格的材料 对应关系；
[0031]ZMat(n,m)＝Mat(m)。
[0032]作为优选，步骤S3中：统计轴向计算网格内包含的材料类型数目，并记录 材料号。
[0033]进一步地，步骤S4中：
[0034]各材料所占体积份额采用以下公式计算：
[0035][0036]式中，α(:,:)：轴向计算网格里各控制棒材料所占的体积份额。
[0037]进一步地，步骤S5中：
[0038]采用以下公式计算控制棒组件位于高度L时轴向计算网格的截面参数：
[0039][0040]式中，Σ
z
(:)：轴向计算网格里考虑多种材料后的混合截面参数；Σ
mat
(:)：材 料截面参数。
[0041]作为优选，所述中子截面为裂变截面、吸收截面、输运截面或散射截面。
[0042]综上所述，本专利技术与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
[0043]1.针对新型轴向分区控制棒组件，建立了堆芯轴向网格与控制棒分区材料 和分区材料在网格中所占比例之间的数值算法，可提供控制棒组件在堆芯内任意 位置时堆芯轴向计算网格里包含的控制棒材料和该控制棒材料所占比例，从而计 算网格内控制棒组件的截面参数。该方法能够克服传统控制棒组件截面计算方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种轴向分区控制棒组件截面计算方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.建立用于全堆芯扩散和/或输运计算的轴向计算网格；S2.针对轴向分区控制棒组件按照材料成分建立轴向材料网格；S3.建立控制棒组件移动到高度L时轴向计算网格与轴向材料网格的材料对应关系；S4.建立控制棒组件移动到高度L时轴向计算网格中各材料所占体积份额；S5.基于材料截面库和步骤S4中轴向计算网格内各材料所占的份额，计算控制棒组件位于高度L时轴向计算网格中的中子截面参数。2.根据权利要求1所述的轴向分区控制棒组件截面计算方法，其特征在于，步骤S1中：堆芯轴向计算网格划分为N段，第n段标号为n，第n段的轴向长度为ΔZ(n)，用Z(n)表示第n段网格顶部距离堆芯底部的高度，Z(0)＝0为堆芯底部，则第n段轴向计算网格高度由以下公式计算：Z(n)＝Z(n
‑
1)+ΔZ(n)。3.根据权利要求1或2所述的轴向分区控制棒组件截面计算方法，其特征在于，步骤S1中：轴向计算网格各段的高度一致。4.根据权利要求2所述的轴向分区控制棒组件截面计算方法，其特征在于，步骤S2中：轴向材料网格划分为M段，第m段标号为m，第m段的轴向长度为ΔH(m)，第m段的轴向材料标记为Mat(m)，堆芯底部以下的冷却剂材料标记为Mat(0)，用H(m)表示第m段网格顶部距离堆芯底部的高度，则第n段轴向材料网格高度由以下公式计算：H(m)＝H(m
‑
1)+ΔH(m)；控制棒组件被移动到高度L时，则轴向材料网格底部的高度由以下公式表示：H(0)＝L。5.根据权利要求1或4所述的轴向分区控...

【专利技术属性】
技术研发人员：李治刚，余红星，安萍，芦韡，严明宇，曾辉，孙伟，
申请(专利权)人：中国核动力研究设计院，
类型：发明
国别省市：