论文摘要
由于现行轻水堆（LWR,Light Water Reactor）堆芯物理分析理论和数值计算方法的不完善及轻水堆堆芯设计的日益复杂化,目前国际上广泛开展了下一代（第三代）轻水堆堆芯数值计算理论和方法（NGM,Next Generation Methods）的研究。国际上NGM方法研究的主要思路是完全抛弃目前广泛使用的组件输运计算-均匀化-全堆扩散计算这一基本架构,直接进行全堆三维输运计算,这势必造成对多年积累的堆芯物理分析方法、经验、程序等资源的浪费。为此,上海交通大学（SJTU,Shanghai Jiao Tong University）与西屋公司（Westinghouse Electric Company）在合作研发项目中提出了改进目前一代的轻水堆堆芯物理分析方法以适应将来的要求这一新思路。本文的工作集中于改进组件均匀化方法,粗网格等效均匀化参数的计算方法和多群组件精细功率重构方法的研究上。本文采用Colorset计算模型代替现行的单组件全反射计算模型来进行组件均匀化计算,以充分考虑组件间的干涉效应。在Colorset组件均匀化计算时,需要进行非全反射边界条件下的不连续因子计算。非全反射边界条件下不连续因子计算时,计算方法与下游全堆均匀组件计算的一致性是需要遵守的原则。本文采用了两次一维边值计算来得到不连续因子,在一维边值计算时,使用与下游全堆均匀组件计算完全一致的均匀组件扩散系数、网格大小、节块内通量展开方法、横向泄漏近似等近似方法,在保证边界中子流、组件平均反应率、keff守恒的条件下,得到均匀组件内一维通量分布,以产生“自洽”的组件不连续因子。采用这种方法产生的组件不连续因子可以有效地吸收均匀化过程及全堆均匀组件扩散计算中使用的近似方法带来的误差。本文开发了两种多群组件精细功率重构方法（PPR,Pin Power Reconstruction）,它们均采用半解析基函数展开方法,即多项式+平面波函数来展开节块内通量分布。第一种方法采用源展开方法确定多项式部分的展开式系数,采用节块面平均通量和角点通量来确定平面波部分的展开式系数,确定了节块内通量分布后再使用最小二乘迭代的方法来更新源展开式系数。计算节块角点通量采用了全堆扫描的方法,在堆芯中每个角点处使用角点无源及角点通量连续条件,得到角点通量与节块面平均通量及其它角点通量的关系,迭代扫描堆芯中各角点的通量直至收敛。第二种方法使用了Colorset计算的粗网解修正函数,来修正粗网格解与细网格解的差异。并使用类似横向泄漏二次近似的方式确定节块角点中子流,将它们与节块平均通量、面平均通量、面平均中子流一起作为定解条件,并要求一维节块内通量分布在最小二乘意义上逼近节块扩散计算得到的横向积分中子通量分布,采用拉格朗日乘数法确定节块内通量分布的展开式系数。采用两种方法编制了计算程序,通过若干例题的验证,两种重构方法的计算精度都可以与细网格计算结果相比。使用改进的组件均匀化方法及研制的计算程序,本文在国际上广泛使用的C5G7-MOX 2D/3D基准例题上进行了验证计算。计算结果表明,本文方法的精度与2D/3D非均匀输运计算精度相当。本文还在C5G7-MOX 2D/3D基准例题上进行了并群效应研究,将该问题的7群截面参数并至现在常用的2群,采用泄漏修正的方法修正组件在Colorset中的能谱与组件在全堆中的真实能谱不一致的问题,并群后计算结果的精度同样与非均匀输运计算精度相当。验证结果表明了本文所用的方法是可行的。本文使用的改进组件均匀化方法是现有堆芯物理分析方法的一种自然的发展,具有很好的延续性,组件均匀化方法的改进是本方法的核心,本文所用的方法和结论具有重要的学术和工程应用价值。
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标签：下一代堆芯物理分析方法论文; 组件均匀化方法论文; 精细功率重构论文; 基准例题论文; 并群论文;