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六角形布置反应堆高保真物理计算方法研究与验证

陈俊辑 刘宙宇 曹璐 曹良志

陈俊辑, 刘宙宇, 曹璐, 曹良志. 六角形布置反应堆高保真物理计算方法研究与验证[J]. 核动力工程, 2022, 43(1): 7-14. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.01.0007
引用本文: 陈俊辑, 刘宙宇, 曹璐, 曹良志. 六角形布置反应堆高保真物理计算方法研究与验证[J]. 核动力工程, 2022, 43(1): 7-14. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.01.0007
Chen Junji, Liu Zhouyu, Cao Lu, Cao Liangzhi. Research and Verification of High-Fidelity Physics Calculation Method for Hexagonal Reactor[J]. Nuclear Power Engineering, 2022, 43(1): 7-14. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.01.0007
Citation: Chen Junji, Liu Zhouyu, Cao Lu, Cao Liangzhi. Research and Verification of High-Fidelity Physics Calculation Method for Hexagonal Reactor[J]. Nuclear Power Engineering, 2022, 43(1): 7-14. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.01.0007

六角形布置反应堆高保真物理计算方法研究与验证

doi: 10.13832/j.jnpe.2022.01.0007
基金项目: 国家自然科学基金(11775169,11735011);中国核工业集团有限公司领创科研项目
详细信息
    作者简介:

    陈俊辑(1997—),男,硕士研究生,现主要从事反应堆物理研究,E-mail: 869832505@qq.com

    通讯作者:

    刘宙宇,E-mail: zhouyuliu@mail.xjtu.edu.cn

  • 中图分类号: TL323

Research and Verification of High-Fidelity Physics Calculation Method for Hexagonal Reactor

  • 摘要: 俄罗斯商用压水堆VVER和大多数实验堆均采用了六角形紧凑型栅格布置,为了实现VVER和六角形实验堆的高保真数值模拟分析,本文基于数值反应堆物理计算程序(NECP-X)开展了六角形堆芯高保真计算方法研究和程序开发。首先,将全局-局部耦合共振自屏计算方法拓展至六角形堆芯,实现六角形堆芯燃料棒的全堆芯高精度共振计算;其次,基于2D/1D耦合输运计算方法研究了六角形堆芯的高保真计算方法;最后,为了提高全堆芯计算的计算效率,研究了基于区域分解松耦合的非结构网格的粗网有限差分(CMFD)加速方法,可以实现以矩形、六角形和其他多边形栅元为基础的pin-by-pin CMFD 加速。为了验证六角形堆芯高保真计算方法的精度和效率,计算了六角形C5G7基准问题,并分析了六角形输运计算方法的计算精度和CMFD方法的加速效果;将NECP-X程序应用于西安脉冲堆的2D全堆芯计算,与蒙特卡罗程序的结果对比表明NECP-X程序计算得到的特征值和功率分布均具有较高精度。因此,本文建立的六角形堆芯高保真计算方法可以应用于六角形堆芯的分析计算。

     

  • 图  1  2种类型的六角形栅元和栅格

    Figure  1.  Two Types of Hexagonal Cell and Lattice

    图  2  栅元的几何类型随组件变化

    Figure  2.  Gometry Type of the Cell Varies with the Assembly

    图  3  堆芯建模示意图

    Figure  3.  Schematic Diagram of Core Modeling

    图  4  等效一维模型示意图

    Figure  4.  Schematic Diagram of Equivalent 1D Model

    图  5  六角形模块化特征线示意图

    $\Delta u$、$\Delta v$和$\Delta w$—特征线与对应面的交点之间的间距

    Figure  5.  Schematic Diagram of Hexagonal Modular Characteristic Line

    图  6  特征线参数获取流程

    $\Delta \widetilde A $—初始线宽;$\widetilde \alpha $—初始角度;$u$和$v$—在对应面上的特征线数目;P—六角形模块的边长

    Figure  6.  Process of Getting Characteristic Line Parameters

    图  7  栅元面编号以及中子净流正方向

    Figure  7.  Numbers of Cell Surfaces and Positive Direction of Neutron Net Flow

    图  8  组件内栅元以及栅元面的分布情况

    Figure  8.  Distribution of Cells and Cell Surfaces in Assembly

    图  9  非结构网格示意图

    $l_{i}^k$—第$i$个网格里第$k$个面的网格质心距,$k=1,2,3 $;$\phi _{i}^k$—第$i$个网格第$k$个面上的平均注量率

    Figure  9.  Schematic Diagram of Unstructured Grid

    图  10  堆芯轴向高度信息 cm

    Figure  10.  Core Axial Height Information

    图  11  组件平源区网格划分方式

    图中一种颜色代表一个平源区

    Figure  11.  Meshing Method of Assembly Flat Source Area

    图  12  CMFD加速的收敛过程

    Figure  12.  Convergence Behavior of CMFD Acceleration Case

    图  13  插棒#B算例棒功率相对偏差分布图

    Figure  13.  Distribution Diagram of Relative Deviation of Rod Power for Example B of Inserting Rod

    图  14  西安脉冲堆棒功率偏差分布图

    Figure  14.  Distribution Diagram of Rod Power Deviation of Pulsed Reactor in Xi'an

    表  1  C5G7基准题计算条件

    Table  1.   Calculation Conditions of C5G7 Benchmark

    计算条件设置值
    辐角(0~180°)数目18
    极角(0~90°)数目3
    特征线线宽/cm0.03
    特征值收敛限10−5
    裂变率收敛限10−4
    下载: 导出CSV

    表  2  CMFD方法加速效果

    Table  2.   Acceleration Effect of CMFD

    计算方法外迭代次数计算时间/min
    纯MOC计算281104
    CMFD方法加速的MOC计算105
    下载: 导出CSV

    表  3  NECP-X与MCNP特征值以及棒功率结果比较

    Table  3.   Eigenvalue and Rod Power Difference between NECP-X and MCNP

    计算结果未插棒插棒#A插棒#B
    MCNP特征值(统计误差/pcm) 1.12276(1) 1.11892(1) 1.10263(1)
    NECP-X特征值(偏差/pcm) 1.12223(−53) 1.11843(−49) 1.10212(−51)
    第1层相对棒功率偏差 最大值/% 1.99 1.91 2.03
    均方根/% 0.53 0.48 0.54
    第2层相对棒功率偏差 最大值/% 1.85 1.79 1.80
    均方根/% 0.50 0.44 0.52
    第3层相对棒功率偏差 最大值/% 1.74 1.42 1.30
    均方根/% 0.43 0.45 0.54
    轴向积分相对棒功率偏差 最大值/% 1.77 1.63 1.74
    均方根/% 0.46 0.41 0.49
      偏差—NECP-X程序计算值与MCNP程序计算的参考解之间的差别
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-12-17
  • 修回日期:  2021-01-11
  • 刊出日期:  2022-02-01

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