确定核反应堆考验回路功率和中子通量密度的方法和系统与流程

1.本发明属于利用核反应堆进行新型燃料元件/组件辐照考验技术领域，具体涉及一种确定核反应堆考验回路功率和中子通量密度的方法和系统。


背景技术：

2.在新型核反应堆的研发中，必须首先对所用的燃料元件/组件进行辐照考验，研究其辐照性能，根据试验结果确定其性能指标，为新型堆芯核设计和反应堆系统安全分析提供核燃料的限值数据。
3.燃料元件/组件通常在工程试验堆的考验回路中进行。将考验的燃料元件/组件放入考验回路中，因此考验回路是堆芯中的“小堆芯”，虽然它们的水力学通道是相互独立的，燃料的类型也各不相同，但考验回路与堆芯在中子学上是相互耦合的，所以考验回路的功率取决于堆芯的功率水平。另外，堆芯中可能布置多个考验回路，各个回路内部的几何结构较为复杂各不相同，它们与堆芯的燃料元件/组件形状大不相同，无法用统一几何来离散，如何较好确定回路功率和中子通量密度是辐照试验分析的关键。
4.要达到燃料的考验目标指标，需要考验若干个炉段。要确定所考验的燃料元件/组件何时达到考验的目标指标，必须进行跟踪燃耗计算来确定。跟踪燃耗计算必须要知道考验回路的功率。如果回路功率不准确，有可能造成出堆过早，达不到要考验的燃耗深度的指标要求，或者远超出了考验范围，导致燃料失效，因此如何确定考验回路的功率是非常重要的，具有较大的工程使用价值。
5.因此，亟需研究一种能够准确可靠确定考验回路的功率和中子通量密度的技术，为后续辐照试验分析提供有效数据支撑。


技术实现要素：

6.针对上述问题，本发明提供了一种确定核反应堆考验回路功率和中子通量密度的方法。本发明可预示考验回路在堆芯的各个炉段随燃耗深度变化的功率水平，为热工水力计算提供输入；同时也为回路中考验元件/组件的燃耗分布分析提供绝对中子通量密度。
7.本发明通过下述技术方案实现：
8.一种确定核反应堆考验回路功率和中子通量密度的方法，包括：
9.对堆芯和考验回路进行网格划分；
10.对堆芯和考验回路进行耦合计算，包括少群截面计算及中子扩散或输运计算两个主要方面，得到考验回路中子入射流收敛时的堆芯和考验回路的相对中子通量密度；
11.根据相对中子通量密度，计算得到考验回路的功率和绝对中子通量密度。
12.优选的，本发明的耦合计算步骤具体包括：
13.步骤1，将考验回路少群截面均匀化之后，作为堆芯的一部分进行堆芯中子扩散或输运计算，得到考验回路与堆芯交界面上的边界条件，所述边界条件包括中子通量密度和中子流密度；
14.步骤2，进行考验回路非均匀网格的中子扩散或输运计算，得到考验回路的中子通量密度，并利用该中子通量密度对考验回路少群截面参数重新均匀化；
15.步骤3，判断考验回路中子入射流是否收敛，如果是，则输出堆芯和考验回路的相对中子通量密度，否则返回步骤1。
16.优选的，本发明的根据相对中子通量密度，计算得到考验回路的功率和绝对中子通量密度步骤具体包括：
17.根据相对中子通量密度，采用下式(1)～(4)计算得到考验回路的功率；
[0018][0019][0020][0021][0022]
式中，loop
i
表示第i个考验回路，其中，i＝1，2，
…
n，n表示堆芯中存在的回路数，core表示堆芯，φ
g
(r，e)表示相对中子通量密度，表示第i个考验回路loop
i
的功率，p
core
表示堆芯core的功率，r
i
表示考验回路的相对功率与堆芯的相对功率之比，表示基于相对中子通量密度得到的考验回路功率，表示基于相对中子通量密度得到的堆芯功率，表示能量裂变截面，v表示体积，e表示能量，g表示能群，f表示裂变，r表示位置向量。
[0023]
优选的，本发明的根据相对中子通量密度，计算得到考验回路的功率和绝对中子通量密度步骤还包括：
[0024]
根据相对中子通量密度，采用式(5)计算得到考验回路的绝对中子通量密度ψ
g
(r，e)：
[0025][0026]
式中，β表示中子通量密度归一化因子。
[0027]
优选的，本发明的对堆芯和考验回路进行网格划分步骤具体包括：
[0028]
采用现有堆芯计算网格划分方法对堆芯进行网格划分；
[0029]
根据考验燃料元件/组件的具体形状将考验回路的网格划分为精细网格，满足中子扩散或输运计算需求。
[0030]
优选的，本发明的方法可预示考验回路在堆芯的各个炉段随燃耗深度变化的功率水平，并得到考验回路中燃料元件/组件的燃耗分布数据。
[0031]
优选的，本发明的方法能够用于反应堆结构材料的考验分析计算。
[0032]
第二方面，本发明提出了一种确定核反应堆考验回路功率和中子通量密度的系
统，包括：网格划分模块、堆芯和考验回路耦合计算模块、功率和中子通量计算模块和交互模块；
[0033]
所述网格划分模块用于对堆芯和考验回路进行网格划分；
[0034]
所述堆芯和考验回路耦合计算模块用于对堆芯和考验回路进行少群截面计算及中子扩散或输运计算，得到考验回路中子入射流收敛时的堆芯和考验回路的相对中子通量密度；
[0035]
所述功率和中子通量密度计算模块根据堆芯和考验回路的相对中子通量密度，计算得到考验回路的功率和绝对中子通量密度；
[0036]
所述交互模块用于将计算得到的考验回路的功率和绝对中子通量密度输出。
[0037]
第三方面，本发明提出了一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现本发明所述方法的步骤。
[0038]
第四方面，本发明提出了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现本发明所述方法的步骤。
[0039]
本发明具有如下的优点和有益效果：
[0040]
1、本发明可预示考验回路在堆芯的各个炉段随燃耗深度变化的功率水平，为热工水力计算提供了数据支撑，同时还为考验回路中考验元件/组件的燃耗分布计算提供了绝对中子通量密度，且预示的燃料燃耗深度与实测结果基本相符，可靠性较高。
[0041]
2、本发明适用范围广，既可用于在研究堆和工程试验堆上进行新型燃料元件/组件辐照考验的工作，也可用于反应堆结构材料的考验分析计算。
附图说明
[0042]
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本技术的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
[0043]
图1为本发明的方法流程示意图。
[0044]
图2为本发明的耦合计算流程示意图。
[0045]
图3为本发明的计算机设备结构示意图。
[0046]
图4为本发明的系统原理框图。
具体实施方式
[0047]
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
[0048]
实施例1
[0049]
本实施例提出了一种用于辐照考验跟踪模拟分析中确定核反应堆考验回路功率和中子通量密度的方法。
[0050]
本实施例通过在工程试验堆的堆芯燃料管理计算软件中，增加多个考验回路(各考验回路之间无关联)的嵌入计算功能，即可实现堆芯和考验回路的耦合计算，具体如图1所示，本实施例的方法包括：
[0051]
步骤101，对堆芯和考验回路进行网格划分；
[0052]
本实施例中可采用传统的堆芯计算网格划分方法对堆芯进行网格划分，根据考验燃料元件/组件的具体形状将考验回路的网格划分为精细网格，满足中子扩散或输运计算需求。
[0053]
步骤102，对堆芯和考验回路进行耦合计算，得到考验回路中子入射流收敛时的堆芯和考验回路的相对中子通量密度；
[0054]
本实施例中的耦合计算过程具体包括：
[0055]
201，首先将考验回路少群截面均匀化，作为堆芯的一部分进行堆芯中子扩散或输运计算，得到考验回路与堆芯交界面上的边界条件(包括中子通量密度和中子流密度)；
[0056]
202，接下来进行考验回路非均匀网格的中子扩散或输运计算，得到考验回路的中子通量密度，并利用该中子通量密度对考验回路少群截面参数重新均匀化；
[0057]
203，最后再利用堆芯(包括考验回路)的中子扩散或输运计算，重复步骤201
‑
202，直到考验回路中子入射流收敛，得到堆芯和考验回路的相对中子通量密度。
[0058]
步骤103，根据相对中子通量密度，计算得到考验回路的功率和绝对中子通量密度。
[0059]
本实施例中将采用下式(1)～(4)计算得到考验回路的功率：
[0060][0061][0062][0063][0064]
式中，loop
i
表示第i个考验回路，其中，i＝1，2，
…
n，n表示堆芯中存在的回路数，core表示堆芯，φ
g
(r，e)表示相对中子通量密度，表示第i个考验回路loop
i
的功率，p
core
表示堆芯core的功率，r
i
表示考验回路的相对功率与堆芯的相对功率之比，表示基于相对中子通量密度得到的考验回路功率，表示基于相对中子通量密度得到的堆芯功率，表示能量裂变截向，v表示体积，e表示能量，g表示能群，f表示裂变，r表示位置向量，具体形式与采用的坐标系统相关。
[0065]
本实施例采用下式(5)计算得到考验回路的绝对中子通量密度ψ
g
(r，e)：
[0066][0067]
式中，β表示中子通量密度归一化因子。
[0068]
本实施例根据绝对中子通量密度进行考验回路的燃耗计算。
[0069]
本实施例根据堆芯的运行功率，对每个燃耗步，重复步骤101
‑
步骤103，得到考验回路中燃料元件/组件的燃耗分布情况。
[0070]
本实施例还提出了一种计算机设备，用于执行本实施例的上述方法。
[0071]
具体如图3所示，计算机设备包括处理器、内存储器和系统总线；内存储器和处理器在内的各种设备组件连接到系统总线上。处理器是一个用来通过计算机系统中基本的算术和逻辑运算来执行计算机程序指令的硬件。内存储器是一个用于临时或永久性存储计算程序或数据(例如，程序状态信息)的物理设备。系统总线可以为以下几种类型的总线结构中的任意一种，包括存储器总线或存储控制器、外设总线和局部总线。处理器和内存储器可以通过系统总线进行数据通信。其中内存储器包括只读存储器(rom)或闪存(图中未示出)，以及随机存取存储器(ram)，ram通常是指加载了操作系统和计算机程序的主存储器。
[0072]
计算机设备一般包括一个外存储设备。外存储设备可以从多种计算机可读介质中选择，计算机可读介质是指可以通过计算机设备访问的任何可利用的介质，包括移动的和固定的两种介质。例如，计算机可读介质包括但不限于，闪速存储器(微型sd卡)，cd
‑
rom，数字通用光盘(dvd)或其它光盘存储、磁带盒、磁带、磁盘存储或其它磁存储设备，或者可用于存储所需信息并可由计算机设备访问的任何其它介质。
[0073]
计算机设备可在网络环境中与一个或者多个网络终端进行逻辑连接。网络终端可以是个人电脑、服务器、路由器、智能电话、平板电脑或者其它公共网络节点。计算机设备通过网络接口(局域网lan接口)与网络终端相连接。局域网(lan)是指在有限区域内，例如家庭、学校、计算机实验室、或者使用网络媒体的办公楼，互联组成的计算机网络。wi
‑
fi和双绞线布线以太网是最常用的构建局域网的两种技术。
[0074]
应当指出的是，其它包括比计算机设备更多或更少的子系统的计算机系统也能适用于发明。
[0075]
如上面详细描述的，适用于本实施例的计算机设备能执行确定核反应堆考验回路功率和中子通量密度的方法的指定操作。计算机设备通过处理器运行在计算机可读介质中的软件指令的形式来执行这些操作。这些软件指令可以从存储设备或者通过局域网接口从另一设备读入到存储器中。存储在存储器中的软件指令使得处理器执行上述的群成员信息的处理方法。此外，通过硬件电路或者硬件电路结合软件指令也能同样实现本发明。因此，实现本实施例并不限于任何特定硬件电路和软件的组合。
[0076]
实施例2
[0077]
本实施例提出了一种确定核反应堆考验回路功率和中子通量密度的系统，具体如图4所示，本实施例的系统包括：网格划分模块、堆芯和考验回路耦合计算模块、功率和中子通量密度计算模块和交互模块；
[0078]
其中，网格划分模块用于对堆芯和考验回路进行网格划分；本实施例的网格划分模块包括堆芯网格划分单元和回路网格划分单元；堆芯网格划分单元采用现有的堆芯计算网格划分方法对堆芯的网格进行划分；回路网格划分单元根据考验燃料元件/组件的具体形状将回路的网格划分为精细网格，满足中子扩散或输运计算需求。
[0079]
堆芯和考验回路耦合计算模块用于对堆芯和考验回路进行少群截面计算及中子扩散或输运计算，本实施例的耦合计算模块包括堆芯中子学计算单元、考验回路中子学计算单元、少群截面均匀化单元和输出单元；其中，堆芯中子学计算单元用于将回路少群截面均匀化后作为堆芯的一部分进行堆芯中子扩散或输运计算，得到考验回路与堆芯交界面上的边界条件(包括中子通量密度和中子流密度)；考验回路中子学计算单元用于进行考验回
路非均匀网格的中子扩散或输运计算，得到中子通量密度；少群截面均匀化单元利用考验回路中子学计算单元得到的中子通量密度对回路少群截面参数重新均匀化；输出单元用于在堆芯中子学计算单元计算得到的回路中子入射流收敛则输出当前得到的堆芯和考验回路的相对中子通量密度。
[0080]
功率和中子通量计算模块根据少群截面计算模块输出的堆芯和回路的相对中子通量密度，采用上述实施例的式(1)～(4)进行回路功率的计算，采用上述实施例的式(5)进行绝对中子通量密度的计算。
[0081]
交互模块将功率和中子通量密度计算模块计算得到的参数输出，用于考验回路中燃料元件/组件的燃耗分析或用于反应堆结构材料的考验分析等。
[0082]
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。