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松散耦合系统蒙特卡罗临界计算源收敛判定方法研究

张寅 成昱廷 周琦 朱庆福 夏兆东 宁通 张振洋

张寅, 成昱廷, 周琦, 朱庆福, 夏兆东, 宁通, 张振洋. 松散耦合系统蒙特卡罗临界计算源收敛判定方法研究[J]. 核动力工程, 2024, 45(2): 10-18. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.02.0010
引用本文: 张寅, 成昱廷, 周琦, 朱庆福, 夏兆东, 宁通, 张振洋. 松散耦合系统蒙特卡罗临界计算源收敛判定方法研究[J]. 核动力工程, 2024, 45(2): 10-18. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.02.0010
Zhang Yin, Cheng Yuting, Zhou Qi, Zhu Qingfu, Xia Zhaodong, Ning Tong, Zhang Zhenyang. Research on the Source Convergence Diagnose Method of Monte Carlo Critical Calculation for Loosely Coupled System[J]. Nuclear Power Engineering, 2024, 45(2): 10-18. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.02.0010
Citation: Zhang Yin, Cheng Yuting, Zhou Qi, Zhu Qingfu, Xia Zhaodong, Ning Tong, Zhang Zhenyang. Research on the Source Convergence Diagnose Method of Monte Carlo Critical Calculation for Loosely Coupled System[J]. Nuclear Power Engineering, 2024, 45(2): 10-18. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.02.0010

松散耦合系统蒙特卡罗临界计算源收敛判定方法研究

doi: 10.13832/j.jnpe.2024.02.0010
详细信息
    作者简介:

    张 寅(1984—),男,高级工程师,现主要从事反应堆物理方向研究,E-mail: 1234mike1234@sina.com

    通讯作者:

    成昱廷,E-mail: chengyuting@ciae.ac.cn

  • 中图分类号: TL329

Research on the Source Convergence Diagnose Method of Monte Carlo Critical Calculation for Loosely Coupled System

  • 摘要: 为提高蒙特卡罗程序在松散耦合系统临界安全计算中的可靠性与准确性,需要对计算结果进行源收敛判定。本文提出了一种考虑裂变源分布及统计偏差权重因子的改进型香农熵的收敛判定方法,将裂变源迭代过程中相邻代际之间裂变源分布的相对偏差、源迭代过程中裂变源分布的蒙特卡罗统计标准差作为裂变源分布的权重,建立了改进型的香农熵收敛指标,弥补了传统香农熵对于局部裂变源收敛细节考虑的不足。将改进型的香农熵收敛指标应用在经合组织核能机构发布的乏燃料棒栅元和松散耦合铀溶液平板基准问题上。结果表明,对比传统香农熵源收敛判定指标,改进型的香农熵对裂变源迭代收敛过程更为敏感,能够更加直观和准确地判定裂变源分布伴随源迭代的收敛性。对于收敛速度慢的典型算例,应用传统香农熵判定收敛性时给出了伪收敛的结论,而改进型香农熵能准确地判定源迭代达到收敛时的迭代次数。

     

  • 图  1  松散耦合系统裂变率及其统计偏差分布示意图

    Figure  1.  Fission Rate and Its Statistical Deviation Distribution of Loosely Coupled System

    图  2  改进香农熵源收敛判定流程

    Figure  2.  Improved Shannon Entropy Source Convergence Diagnose Process

    图  3  乏燃料元件单栅元模型

    Figure  3.  Single Cell Model of Spent Fuel Element

    图  4  不同初始裂变源对应的keff结果

    Figure  4.  keff Results Corresponding to Different Initial Fission Sources

    图  5  源迭代收敛判定指标

    Figure  5.  Source Iterative Convergence Diagnose Index

    图  6  松散耦合铀溶液平板问题

    Figure  6.  Loosely Coupled Uranyl Solution Slabs Problem

    图  7  松散耦合铀溶液平板源收敛计算结果

    Figure  7.  Source Convergence Results of Loosely Coupled Uranyl Solution Slabs

    表  1  乏燃料棒对称分布算例keff计算结果

    Table  1.   keff Calculation Results for Symmetrical Distribution of Spent Fuel Rods

    算例 keff 标准差 99%置信区间
    Case 1 1.07285 0.00003 1.07276 ~ 1.07394
    Case 2 1.07308 0.00002 1.07302 ~1.07314
    Case 3 1.07302 0.00001 1.07299 ~1.07305
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    表  2  乏燃料棒对称分布算例keff计算时间

    Table  2.   keff Calculation Time for Symmetrical Distribution of Spent Fuel Rods

    算例 标准计算时间/min 改进方法输运耗时/min 改进方法计算耗时/s 改进方法相对引入的额外计算成本/%
    Case 1 265.11 276.23 1.480 4.15
    Case 2 271.46 282.74 1.480 4.05
    Case 3 263.22 274.65 1.480 4.18
    下载: 导出CSV

    表  3  松散耦合铀溶液平板问题计算案例

    Table  3.   Cases of Loosely Coupled Uranyl Solution Slabs Problem

    算例 水层厚度/cm 初始裂变源分布
    Case 1 30 均匀分布
    Case 2 20 均匀分布
    Case 3 10 均匀分布
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    表  4  松散耦合铀溶液平板算例keff计算时间

    Table  4.   keff Calculation Time for Loosely Coupled Uranyl Solution Slabs

    算例 标准计算时间/min 改进方法输运耗时/min 改进方法计算耗时/s 改进方法相对引入的额外计算成本/%
    Case 1 69.31 71.43 0.760 3.06
    Case 2 67.89 70.25 0.760 3.48
    Case 3 66.74 68.97 0.760 3.34
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-07-03
  • 修回日期:  2023-08-17
  • 刊出日期:  2024-04-12

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