【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及的是一种核反应堆控制领域的技术，具体是一种数值反应堆中子学的有限体积中子扩散模拟方法。
技术介绍
1、核反应堆系统结构复杂，涉及中子学、热工水力学、材料学等多种物理学科。数值反应堆是针对核反应堆系统开展综合性能数值模拟的集成平台，其实现通常需要考虑高保真的多物理场耦合模拟。在数值反应堆中，需要采用高保真高精度的中子学模拟方法，以为其它物理场的计算提供准确的功率、中子通量等参数的分布情况。现有中子扩散方法的缺陷和不足在于：几何处理能力较弱，计算精度低，不便于与其他物理场进行耦合求解。
技术实现思路
1、本专利技术针对现有技术无法对多群中子扩散方程进行求解计算获得多群中子通量的三维高精度分布情况的不足，提出一种数值反应堆中子学的有限体积中子扩散模拟方法，通过有限体积法基于高斯定理离散中子扩散的控制方程，实现了对多区域多群中子扩散方程的离散和迭代求解，能够求解稳态特征值问题和瞬态中子动力学问题，获得三维高保真的中子通量分布和功率分布情况，可用于数值反应堆的精细化中子扩散模拟以及反应堆的物理安全分析，为实现统一编程框架下的多物理场耦合奠定基础。
2、本专利技术是通过以下技术方案实现的：
3、本专利技术涉及一种数值反应堆中子学的有限体积中子扩散模拟方法，包括：
4、步骤1、通过蒙特卡洛程序针对待仿真有限体积中子扩散模拟的反应堆几何对象进行分区精细化建模，生成材料的宏观截面参数；
5、所述的蒙特卡洛程序是指：采用蒙特卡洛方法解决粒子
6、所述的宏观截面参数包括：扩散系数、吸收截面、裂变截面和散射截面。
7、步骤2、在步骤1得到的模型基础上，更新第g群源项，g表示第g个中子能群，其中：对于第一次迭代，根据初场更新源项，对于非第一次迭代，则根据上一次迭代的中子通量分布结果更新各个源项，得到缓发中子源散射源和裂变源其中：χdgi为第i组缓发中子进入g能群的份额，λ为缓发中子衰变常数，ci(r,t)为第i组缓发中子先驱核浓度，σsg’g为从第g’能群到g能群的散射截面，φ(r,t)为中子通量，β为缓发中子份额，χpg为瞬发中子进入g能群的份额，ν为每次裂变所产生的中子数，σf为裂变截面；
8、步骤3、求解第g群时-空中子扩散方程以更新第g群的中子通量，得到当前迭代步的三维高精度中子通量分布结果，具体为：
9、多群时-空中子扩散方程：
10、
11、其中：g＝1,2,3,…,g；i＝,2,3,…,i，g为第g个中子能群，g为总能群数，i为第i个缓发中子能群，i为总缓发中子能群数。φ(r,t)为中子通量，vg为第g群中子平均速度，d为扩散系数，σt为总截面，σf为裂变截面，σsg’g为从第g’能群到g能群的散射截面，β为缓发中子份额，χpg为瞬发中子进入g能群的份额，χdgi为第i组缓发中子进入g能群的份额，ν为每次裂变所产生的中子数，λ为缓发中子衰变常数，ci(r,t)为第i组缓发中子先驱核浓度；
12、优选地，对于稳态计算，则略去步骤3扩散方程中非稳态项，得到简化过程：
13、
14、步骤4、当第g群为最后一个能群时，进行步骤5)，否则返回步骤2；
15、步骤5、当所有能群中子通量收敛时，进行步骤6)，否则返回步骤2；
16、步骤6、分别对于稳态问题计算有效增殖系数，对于瞬态问题求解缓发中子先驱核浓度，具体为：有效增殖系数其中：keff(n)为当前迭代步的有效增殖系数，keff(n-1)为上一迭代步的有效增殖系数，v为单元网格体积，ν为每次裂变所产生的中子数，σfg为裂变截面，φg(n)为当前迭代步的中子通量，φg(n-1)为上一迭代步的中子通量；求解缓发中子先驱核浓度其中：i＝,2,3,…,i，i为第i个缓发中子能群，i为总缓发中子能群数，ci(r,t)为第i组缓发中子先驱核浓度，β为缓发中子份额，ν为每次裂变所产生的中子数，λ为缓发中子衰变常数；
17、步骤7、判断是否达到设置的结束时间，若达到则流程结束，若未达到，则重复步骤2-步骤5，直至时间结束，最终获得有效增殖系数或缓发中子先驱核浓度的计算结果和三维高保真的反应堆堆芯中子通量场分布结果，实现对数值反应堆中子学的精确模拟。
18、本专利技术涉及一种实现上述方法的系统，包括：源项更新单元、扩散方程计算单元、有效增殖系数求解单元以及缓发中子先驱核浓度计算单元，其中：源项更新单元根据初始或计算得到的中子通量分布，进行源项更新处理，得到接下来进行计算的扩散方程的源项，扩散方程计算单元根据宏观截面以及更新的源项，进行中子扩散方程的多群迭代计算处理，得到当前时间步下的中子通量分布结果，有效增殖系数求解单元在稳态计算时根据当前时间步的中子通量以及上一时间步的中子通量，进行有效增殖系数计算处理，得到最新的有效增殖系数计算结果，缓发中子先驱核浓度计算单在瞬态计算时根据中子通量计算结果，进行缓发中子先驱核浓度求解处理，得到当前时间步的缓发中子先驱核浓度结果。
19、技术效果
20、本专利技术基于有限体积法以底层代码形式对多群时空中子扩散方程求解方法进行开发，实现了对任意数量中子能群以及任意数量的材料划分区域下的稳态与瞬态中子扩散求解，可以获得三维高分辨率中子通量计算结果。本专利技术基于有限体积法对数值反应堆中子扩散方程进行计算模拟，导出的离散方程可以保证具有守恒特性，且具有良好的几何适应性，可以获得三维高精度的中子物理场结果，具有良好的兼容性，便于与热工水力学等进行耦合求解，可以为核反应堆的优化设计和安全分析提供参考借鉴。
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1.一种数值反应堆中子学的有限体积中子扩散模拟方法，其特征在于，通过对对待仿真有限体积中子扩散模拟的反应堆几何对象进行分区精细化建模并初始化截面后，对第g群源项进行更新并求解第g群中子扩散方程，进而对第g群中子通量进行更新并循环直至所有能群中子通量收敛后，计算稳态有效增殖系数并求解瞬态缓发中子先驱核，实现有限体积中子扩散模拟。
2.根据权利要求1所述的数值反应堆中子学的有限体积中子扩散模拟方法，其特征是，具体包括：
3.根据权利要求2所述的数值反应堆中子学的有限体积中子扩散模拟方法，其特征是，对于稳态计算，则略去步骤3扩散方程中非稳态项，得到简化过程：
4.根据权利要求2所述的数值反应堆中子学的有限体积中子扩散模拟方法，其特征是，所述的有效增殖系数其中：keff(n)为当前迭代步的有效增殖系数，keff(n-1)为上一迭代步的有效增殖系数，V为单元网格体积，ν为每次裂变所产生的中子数，Σfg为裂变截面，φg(n)为当前迭代步的中子通量，φg(n-1)为上一迭代步的中子通量。
5.根据权利要求2所述的数值反应堆中子学的有限体积中子扩散
6.一种实现权利要求1-5中任一所述方法的数值反应堆中子学的有限体积中子扩散模拟系统，其特征在于，包括：源项更新单元、扩散方程计算单元、有效增殖系数求解单元以及缓发中子先驱核浓度计算单元，其中：源项更新单元根据初始或计算得到的中子通量分布，进行源项更新处理，得到接下来进行计算的扩散方程的源项，扩散方程计算单元根据宏观截面以及更新的源项，进行中子扩散方程的多群迭代计算处理，得到当前时间步下的中子通量分布结果，有效增殖系数求解单元在稳态计算时根据当前时间步的中子通量以及上一时间步的中子通量，进行有效增殖系数计算处理，得到最新的有效增殖系数计算结果，缓发中子先驱核浓度计算单在瞬态计算时根据中子通量计算结果，进行缓发中子先驱核浓度求解处理，得到当前时间步的缓发中子先驱核浓度结果。
...【技术特征摘要】
1.一种数值反应堆中子学的有限体积中子扩散模拟方法，其特征在于，通过对对待仿真有限体积中子扩散模拟的反应堆几何对象进行分区精细化建模并初始化截面后，对第g群源项进行更新并求解第g群中子扩散方程，进而对第g群中子通量进行更新并循环直至所有能群中子通量收敛后，计算稳态有效增殖系数并求解瞬态缓发中子先驱核，实现有限体积中子扩散模拟。
2.根据权利要求1所述的数值反应堆中子学的有限体积中子扩散模拟方法，其特征是，具体包括：
3.根据权利要求2所述的数值反应堆中子学的有限体积中子扩散模拟方法，其特征是，对于稳态计算，则略去步骤3扩散方程中非稳态项，得到简化过程：
4.根据权利要求2所述的数值反应堆中子学的有限体积中子扩散模拟方法，其特征是，所述的有效增殖系数其中：keff(n)为当前迭代步的有效增殖系数，keff(n-1)为上一迭代步的有效增殖系数，v为单元网格体积，ν为每次裂变所产生的中子数，σfg为裂变截面，φg(n)为当前迭代步的中子通量，φg(n-1)为上一迭代步的中子通量。
5.根据权利要求2所述的数值反...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘晓晶，谢秋霞，宋美琪，柴翔，张滕飞，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：
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