基于MOC的反应堆精细功率分布计算研究

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反应堆堆芯功率分布是关系到反应堆安全性和经济性的重要参数。随着堆芯设计非均匀性和复杂性的不断增大,对传统的功率分布和精细功率分布计算方法提出了挑战。同时,伴随着国际社会对于反应堆“高保真”计算要求的提出,反应堆堆芯物理计算方法也在从传统的三步法向 Pin-By-Pin两步法以及全堆芯一步法直接输运计算方向发展。特征线法(MOC)是求解中子输运方程的一种确定论方法,理论上该方法能够摆脱几何条件的制约,实现对于任意形状的几何模型的输运求解。同时,特征线法集合了离散纵标法和碰撞概率法的诸多长处,成为目前反应堆物理计算的一个研究热点和重点,是反应堆物理计算领域目前被广泛采用的一种求解输运方程的方法,已成为组件计算软件进行二维中子输运问题求解时的首选方法,也是未来全堆输运计算重点方法之一。  基于此背景,本文对中子输运方程特征线数值求解方法进行了研究,进行了程序编制,研制了基于特征线法的中子输运求解程序FSMOC,从而实现精细功率分布的计算。该程序在几何处理方面采用预制几何的方法对研究对象的几何进行描述,同时考虑到反应堆工程领域计算实际问题时大都是由具有同样几何形状以及尺寸参数的栅元或者组件构成的。因此,在FSMOC程序中只构建了栅元层次的几何及特征线信息,然后通过一定的特征线连接方案扩展到所有的求解区域,实现栅元的模块化生成。同时为了便于调试程序、直观的观察所研究对象的几何结构以及特征线信息以及能够有效理解特征线的跟踪扫描方式,本文开发了与AutoCAD软件的接口模块。程序FSMOC的输运求解是基于平源近似的假设条件,通过构造传统的源迭代算法进行而实现的。  最后,本文通过基准题来验证FSMOC程序的正确性和可用性,包括典型压水堆栅元基准题、含钆毒物棒的沸水堆多栅元基准题、标准的17×17组件基准题以及C5G7-MOX堆芯基准题。结果表明,有效增殖系数以及相对通量分布等参数均能够达到良好的计算精度。特征线法为了保证足够的精度需要将网格划分密集并用大量的特征线来进行跟踪扫描,这会导致程序的计算速度较为缓慢,计算效率较低,在一定程度上制约了特征线法在实际反应堆工程中的广泛使用。为了减少计算时间,本文简单探讨了基于OpenMP的并行化设计以提高计算效率的可行性。结果表明,OpenMP的使用会带来较好的加速效果,能够在一定程度上缩短计算时间。
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