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基于蒙特卡罗程序的热管微堆少群截面制作方法研究

肖鹏 罗琦 夏榜样 姚栋 周亚婧 方超 秦天骄

肖鹏, 罗琦, 夏榜样, 姚栋, 周亚婧, 方超, 秦天骄. 基于蒙特卡罗程序的热管微堆少群截面制作方法研究[J]. 核动力工程, 2023, 44(6): 266-274. doi: 10.13832/j.jnpe.2023.06.0266
引用本文: 肖鹏, 罗琦, 夏榜样, 姚栋, 周亚婧, 方超, 秦天骄. 基于蒙特卡罗程序的热管微堆少群截面制作方法研究[J]. 核动力工程, 2023, 44(6): 266-274. doi: 10.13832/j.jnpe.2023.06.0266
Xiao Peng, Luo Qi, Xia Bangyang, Yao Dong, Zhou Yajing, Fang Chao, Qin Tianjiao. Research on the Few Group Cross-section Production Method for Heat Pipe Micro Reactors Based on Monte Carlo Code[J]. Nuclear Power Engineering, 2023, 44(6): 266-274. doi: 10.13832/j.jnpe.2023.06.0266
Citation: Xiao Peng, Luo Qi, Xia Bangyang, Yao Dong, Zhou Yajing, Fang Chao, Qin Tianjiao. Research on the Few Group Cross-section Production Method for Heat Pipe Micro Reactors Based on Monte Carlo Code[J]. Nuclear Power Engineering, 2023, 44(6): 266-274. doi: 10.13832/j.jnpe.2023.06.0266

基于蒙特卡罗程序的热管微堆少群截面制作方法研究

doi: 10.13832/j.jnpe.2023.06.0266
详细信息
    作者简介:

    肖 鹏(1988—),男,高级工程师,现主要从事反应堆物理研究,E-mail: who545@163.com

    通讯作者:

    罗 琦,E-mail: bine1234@163.com

  • 中图分类号: TL329.2

Research on the Few Group Cross-section Production Method for Heat Pipe Micro Reactors Based on Monte Carlo Code

  • 摘要: 为了提高热管微堆物理计算效率,基于栅元均匀化-堆芯输运计算两步法,从各向异性散射、燃料均匀化模型、泄漏修正、能群结构等方面,开展了基于蒙特卡罗程序的热管微堆输运计算所需少群截面制作方法研究。数值结果表明:采用输运修正、泄漏修正等方法,并且外围燃料采用专门的“燃料-反射层”均匀化模型,两步法计算得到的有效增殖因子(keff)偏差小于100pcm(1pcm=10−5),功率分布偏差小于3%,控制鼓总价值偏差小于5%,且堆芯输运计算代价比蒙特卡罗一步法全堆计算小2个量级。因此,本文研究的栅元均匀化-堆芯输运两步法满足工程设计的精度要求,同时大幅提高了热管微堆物理计算效率。

     

  • 图  1  RMC堆芯模型

    Figure  1.  Core Model for RMC

    图  2  二维反射层与控制鼓模型

    Figure  2.  2D Model for Reflector and Control Drum

    图  3  二维超栅元模型

    Figure  3.  2D Super-Cell Models

    图  4  外围燃料模型

    Figure  4.  Model for Peripheral Fuel

    图  5  ARC堆芯模型

    Figure  5.  Core Model for ARC

    图  6  ARC堆芯网格划分

    Figure  6.  Core Mesh Generation for ARC

    图  7  不同燃料模型下的堆芯功率分布偏差

    Figure  7.  Bias of Core Power Distribution for Different Fuel Models

    图  8  Case 4燃料模型下的堆芯功率分布偏差(泄漏修正后)         

    Figure  8.  Bias of Core Power Distribution for Fuel Model of Case 4 (after Leakage Correction)

    图  9  不同燃料模型下的堆芯功率分布偏差(9群)

    Figure  9.  Bias of Core Power Distribution for Different Fuel Models (Group 9)

    表  1  能群结构

    Table  1.   Group Structure

    总能群数 能群 上界/MeV 能群 上界/MeV 能群 上界/MeV
    24群 8 0.4979 16 0.0091 24 0.0001
    7 0.8209 15 0.0150 23 0.0003
    6 1.3534 14 0.0248 22 0.0005
    5 2.2313 13 0.0409 21 0.0007
    4 3.6788 12 0.0674 20 0.0012
    3 6.0653 11 0.1111 19 0.0020
    2 10 10 0.1832 18 0.0034
    1 19.6403 9 0.3020 17 0.0055
    9群 3 0.8209 6 0.0091 9 0.0001
    2 2.2313 5 0.0409 8 0.0005
    1 19.64 4 0.1832 7 0.0020
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    表  2  各向异性散射对堆芯keff的影响

    Table  2.   Influence of Anisotropic Scattering on Core keff

    算例 keff 计算偏差/pcm
    参考解 1.11401
    0阶 1.13344 1729
    输运修正 1.11195 –185
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    表  3  燃料模型对堆芯结果的影响

    Table  3.   Influence of Fuel Model on Core Results

    算例 keff keff计算偏差/pcm keff模型
    影响/pcm
    最大功率分布
    偏差/%
    Case 1 1.11195 −185 −4.34
    Case 2 1.11160 −216 −31 −4.39
    Case 3 1.11333 −61 155 3.30
    Case 4 1.11415 12 73 3.14
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    表  4  泄漏修正对堆芯结果的影响

    Table  4.   Influence of Leakage Correction on Core Results

    修正情况 算例 keff 偏差/pcm 泄漏修正
    影响/pcm
    最大功率
    分布偏差/%
    无泄漏修正 Case 1 1.11195 −185 −4.34
    Case 2 1.11160 −216 −4.39
    Case 3 1.11333 −61 3.30
    Case 4 1.11415 12 3.14
    泄漏修正 Case 1 1.11217 −165 20 −4.21
    Case 2 1.11188 −192 24 −4.25
    Case 3 1.11365 −32 29 2.95
    Case 4 1.11430 27 15 2.89
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    表  5  不同能群的堆芯结果

    Table  5.   Core Results for Different Energy Groups

    能群 算例 keff keff计算偏
    差/pcm
    keff能群
    影响/pcm
    最大功率
    分布偏差/%
    24 Case 1 1.11217 −165 −4.21
    Case 2 1.11188 −192 −4.25
    Case 3 1.11365 −32 2.95
    Case 4 1.11430 27 2.89
    9 Case 1 1.11259 −127 38 −6.79
    Case 2 1.11236 −148 44 −6.83
    Case 3 1.11404 3 35 −4.45
    Case 4 1.11471 63 36 −2.68
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    表  6  ARI状态下的计算结果对比表

    Table  6.   Comparison of Calculation Results for Condition ARI       

    算例 keff keff偏差/
    pcm
    控制鼓
    价值/pcm
    控制鼓价
    值偏差/%
    最大功率
    分布偏差/%
    RMC 1.00783 10016
    ARC-9群 1.01237 449 9630 −4% −2.797
    ARC-24群 1.01131 344 9699 −3% −1.274
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    表  7  单次堆芯计算代价

    Table  7.   Calculation Cost for Single Core Calculation

    计算过程 能群 计算对象 计算代价/
    核时
    单次总代
    价/核时
    一步法堆芯输运计算 1/6堆芯 1.00×103 1.00×103
    均匀化截面计算 24群 热管 2.73×102 3.30×103
    燃料-中心 5.77×102
    燃料-外围 3.88×102
    基体 6.13×102
    气隙 1.14×103
    反射层 2.95×102
    两步法堆芯输运计算 全堆芯 1.80×101 1.80×101
    均匀化截面计算 9群 热管 2.70×102 2.75×103
    燃料-中心 5.71×102
    燃料-外围 3.89×102
    基体 6.22×102
    气隙 5.98×102
    反射层 2.90×102
    全堆芯 两步法堆芯输运计算 1.10×101 1.10×101
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-08-21
  • 修回日期:  2023-09-07
  • 刊出日期:  2023-12-15

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