基于二维广义横向积分综合一维半解析的三维中子扩散节块法

doi:10.19596/j.cnki.1001-246x.8377

计算物理 ›› 2022, Vol. 39 ›› Issue (2): 153-158.DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8377

基于二维广义横向积分综合一维半解析的三维中子扩散节块法

李志勇()

中广核研究院有限公司, 广东深圳 518031

收稿日期:2021-04-14 出版日期:2022-03-25 发布日期:2022-06-24
作者简介:
李志勇(1981-), 男, 湖南益阳, 硕士, 高级工程师, 主要从事反应堆物理工作, E-mail: lizy@cgnpc.com.cn

A Three-dimensional Neutron Diffusion Nodal Solver Based on 2D Generic Transverse Integrate Fused with 1D Semi-analytical Nodal Method

Zhiyong LI()

China General Nuclear Energy Research Institute, Shenzhen, Guangdong 518031, China

Received:2021-04-14 Online:2022-03-25 Published:2022-06-24

摘要/Abstract

摘要：

目前, 轻水堆堆芯计算广泛采用基于横向积分技术的中子扩散方程节块展开法, 该方法需要对横向泄漏进行多项式近似而不严格, 而且堆芯设计还需要额外的精细功率重构模块用于获得组件内各栅元的功率分布。本文提出两维广义横向积分方法, 直接采用源展开以及表面流耦合方法, 可以避免上述两个不足。由于反应堆堆芯不均匀性更多发生在径向, 因此采用径向基于广义横向积分方法结合轴向常规节块法的综合方法进行三维中子扩散计算。通过基准问题的数值计算, 验证了该方法对于堆芯扩散计算的正确性和可行性。

关键词: 广义横向积分, 节块法, 中子扩散, 半解析

Abstract:

The nodal expansion method (NEM) based on transverse integrated technique is widely used in liquid water reactor core design. It uses an empirical transverse leakage polynomial approximation. Furthermore, it requires pin power reconstruction model for pin power within the assembly. A generic transverse integrate proposed in this work avoids the above shortages. Since the core heterogeneous usually happens in radial direction, the 3D neutron diffusion equation is solved with 2D generic transverse integrate fused with traditional 1D semi-analytical nodal method. With IAEA 2D/3D benchmark problem, the method is demonstrated correct and feasible for core neutron diffusion calculations.

Key words: generic transverse integrate, nodal method, neutron diffusion, semi-analytical

李志勇. 基于二维广义横向积分综合一维半解析的三维中子扩散节块法[J]. 计算物理, 2022, 39(2): 153-158.

Zhiyong LI. A Three-dimensional Neutron Diffusion Nodal Solver Based on 2D Generic Transverse Integrate Fused with 1D Semi-analytical Nodal Method[J]. Chinese Journal of Computational Physics, 2022, 39(2): 153-158.

图/表 5

表1 IAEA 2D/3D问题特征值和功率分布偏差

Table 1 IAEA 2D/3D problem eigenvalues and power distribution deviations

	方法	k_eff	偏差/pcm	平均偏差ε_avg^a/%	最大偏差ε_max^b/%	计算时间/s
IAEA-2D	参考解	1.029 58
IAEA-2D	本文	1.029 49	-9	0.16	-0.64	0.15
IAEA-3D	参考解	1.029 03
IAEA-3D	本文	1.028 99	-4	0.11	-0.56	7.37

图1 IAEA 2D/3D问题功率分布

Fig.1 IAEA 2D/3D problem power distribution

表2 BIBLIS和LMW问题特征值和功率分布偏差

Table 2 BIBLIS and LMW problem eigenvalues and power distribution deviations

	方法	k_eff	偏差/pcm	平均偏差ε_avg^a/%	最大偏差ε_max^b/%	计算时间/s
BIBLIS-2D	参考解	1.025 110
BIBLIS-2D	本文	1.025 095	-1.5	0.30	-0.76	0.21
LMW-3D	参考解	0.999 660
LMW-3D	本文	0.999 719	+5.9	0.03	-0.09	0.87

图2 BIBLIS 2D问题功率分布

Fig.2 BIBLIS 2D problem power distribution

图3 LMW问题稳态功率分布

Fig.3 LMW problem static power distribution

参考文献 7

1	LIAO C K. Study on numerical method for three dimensional nodal space-time neutron kinetics equations and coupled neutronic/thermal-hydraulic core transient analysis [D]. Xi′an: Xi′an Jiaotong University, 2002.
2	ZIMIN V G, NINOKATA H, POGOSBEKYAN L R. Polynomial and semi-analytic nodal methods for nonlinear iteration procedure [C]. Proc Int Conf Phys Nuclear Science and Technology (PHYSOR-98), Long Island, NY, October 5-8, 1998: 994-1002.
3	HU Y M , ZHAO X F . A new nodal Green's function method for cylindrical geometry[J]. Chinese Journal of Computational Physics, 1997, 14 (4): 429- 430.
4	CHENG P D . Partial flux expansion techniques for some advanced nodal methods[J]. Chinese Journal of Computational Physics, 2001, 18 (5): 451- 456.
5	LI Z Y . Full core pin by pin neutron diffusion nodal method based on CMFD acceleration[J]. Chinese Journal of Computational Physics, 2019, 36 (3): 317- 322.
6	DOWNAR T, LEE D, XU Y, et al. PARCS v2.6 US NRC core neutronics simulator theory manual [R]. US: School of Nuclear Engineering Purdue University, 2004.
7	CHAO Y A , PENG L H , TANG C T . A new and rigorous SPN theory, Part Ⅳ: Numerical qualification of GSP30 and the generalized transverse integration nodal method[J]. Annals of Nuclear Energy, 2020, 149, 1- 16.

[1]	李志勇. 基于平面通量展开的三维Pin by Pin输运SP₃计算[J]. 计算物理, 2021, 38(2): 165-170.
[2]	李志勇. 全堆芯Pin by Pin中子扩散节块法CMFD加速[J]. 计算物理, 2019, 36(3): 317-322.
[3]	陈恭, 王一正, 王烨, 张纯禹. 缩减基有限元方法快速求解参数化偏微分方程[J]. 计算物理, 2018, 35(5): 515-524.
[4]	孙锐, 胡宗军, 牛忠荣. 三维声场边界元法几乎奇异积分问题分析[J]. 计算物理, 2017, 34(5): 611-618.
[5]	张轶飞, 张智诠, 陈悦峰. 表面电荷法平面元电荷系数的半解析解法[J]. 计算物理, 2010, 27(4): 567-572.
[6]	彭建设, 刘燕, 杨杰. 求解结构动力响应的卷积型DQ半解析法[J]. 计算物理, 2009, 26(3): 409-414.
[7]	杨红卫, 钟万勰, 隋允康. 辛体系下利用棱单元的电磁波导的计算[J]. 计算物理, 2007, 24(5): 561-565.
[8]	郭永辉, 段耀勇, 蒯斌. 等离子体非相对论性平均原子模型中类氢波函数[J]. 计算物理, 2007, 24(4): 487-493.
[9]	杨银苓, 郭秀兰, 马逸尘, 张志斌. 中子扩散方程的混合间断有限元法[J]. 计算物理, 2001, 18(6): 563-568.
[10]	彭建设, 张鹰, 杨杰. 策动力下动力学初-边值问题的时域配点DQ空-时半解析法[J]. 计算物理, 2000, 17(S1): 54-58.
[11]	彭建设, 张敬宇, 杨杰. 结构动力分析的时域配点DQ半解析法[J]. 计算物理, 1998, 15(2): 239-243.
[12]	胡永明, 赵险峰. 三维圆柱几何格林函数节块法中子扩散计算[J]. 计算物理, 1997, 14(S1): 429-430.
[13]	彭建设, 张敬宇, 杨杰. 解薄圆板动力响应的DQ半解析方法[J]. 计算物理, 1997, 14(S1): 507-509.
[14]	许云林, 经荥清, 李君利. 改进准静态方法的研究[J]. 计算物理, 1997, 14(S1): 524-526.
[15]	陈超, 朱广宁, 王侃. 六角形燃料组件内精细核密度分布计算[J]. 计算物理, 1997, 14(S1): 617-618,616.

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