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求解中子扩散方程的迭代方法研究

方超 李庆 彭星杰 赵文博 刘琨 陈长 王连杰

方超, 李庆, 彭星杰, 赵文博, 刘琨, 陈长, 王连杰. 求解中子扩散方程的迭代方法研究[J]. 核动力工程, 2025, 46(S1): 21-25. doi: 10.13832/j.jnpe.2025.S1.0021
引用本文: 方超, 李庆, 彭星杰, 赵文博, 刘琨, 陈长, 王连杰. 求解中子扩散方程的迭代方法研究[J]. 核动力工程, 2025, 46(S1): 21-25. doi: 10.13832/j.jnpe.2025.S1.0021
Fang Chao, Li Qing, Peng Xingjie, Zhao Wenbo, Liu Kun, Chen Zhang, Wang Lianjie. Research on the Iterative Method for Solving Neutron Diffusion Equation[J]. Nuclear Power Engineering, 2025, 46(S1): 21-25. doi: 10.13832/j.jnpe.2025.S1.0021
Citation: Fang Chao, Li Qing, Peng Xingjie, Zhao Wenbo, Liu Kun, Chen Zhang, Wang Lianjie. Research on the Iterative Method for Solving Neutron Diffusion Equation[J]. Nuclear Power Engineering, 2025, 46(S1): 21-25. doi: 10.13832/j.jnpe.2025.S1.0021

求解中子扩散方程的迭代方法研究

doi: 10.13832/j.jnpe.2025.S1.0021
基金项目: 国家重点研发计划“深海和极地关键技术与装备”专项(2021YFC2802600);中国核动力研究设计院原创基金(KJCX-2023-YC1-01)
详细信息
    作者简介:

    方 超(1991—),男,博士研究生,现主要从事反应堆物理数值算法研究工作,E-mail: npic_fangchao@qq.com

    通讯作者:

    方 超(1991—),男,博士研究生,现主要从事反应堆物理数值算法研究工作,E-mail: npic_fangchao@qq.com

  • 中图分类号: TL329

Research on the Iterative Method for Solving Neutron Diffusion Equation

  • 摘要: 为提升求解中子扩散方程特征值的计算效率,本文针对幂迭代方法和基于Krylov子空间思想的特征值迭代算法展开深入研究。首先,在幂迭代方法中,提出了裂变源归一的初始值设定方式,并与传统的初始值设定进行了对比;接着,对幂迭代方法和基于Krylov子空间的迭代方法的迭代次数和计算时间进行了比较;最后,对基于Krylov子空间迭代方法预处理技术进行了研究,比较了雅克比预处理、不完全LU分解预处理、代数多重网格预处理对迭代次数和计算时间的影响。对国际原子能机构(IAEA) 3D基准题的计算结果表明,Davidson方法结合不完全LU分解预处理技术具有较高计算效率。对于一个具有200万单元的问题,该方法使用单核可以在1 min内完成计算,与传统幂迭代方法相比,计算效率提升了约25倍。该成果大幅提高了中子扩散方程特征值问题的计算效率,显著降低了中子学计算的时间成本。

     

  • 图  1  快群中子通量密度分布

    Figure  1.  Fast Group Flux Distribution

    图  2  热群中子通量密度分布

    Figure  2.  Thermal Group Flux Distribution

    图  3  不同迭代方法收敛过程

    Figure  3.  Convergence Processes of Different Iterative Algorithms

    图  4  带预处理的不同迭代算法迭代次数

    NONE—未采用预处理;JACOBI—雅克比预处理;ILU—不完全LU分解预处理;AMG—代数多重网格预处理。

    Figure  4.  Number of Iterations of Different Iterative Algorithms with Preconditioning

    图  5  带预处理的不同迭代算法计算时间

    Figure  5.  Computation Time of Different Iterative Algorithms with Preconditioning

    表  1  迭代方法对比(无预处理)

    Table  1.   Comparison of Iterative Algorithms (without Preconditioning)

    方法迭代次数计算时间/s
    幂迭代方法1321334.7
    幂迭代方法
    (裂变源归一)
    93980.4
    Krylov-Schur方法4290.4
    广义Davidson方法390108.2
    Jacobi-Davidson方法14100.5
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出版历程
  • 收稿日期:  2025-02-19
  • 修回日期:  2025-04-13
  • 刊出日期:  2025-07-09

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