[发明专利]快中子反应堆全堆芯结构大规模网格自动生成方法及系统

说明书

本发明公开了一种快中子反应堆全堆芯结构大规模网格自动生成方法及系统，该方法包括：构建数值反应堆几何文件库，以保存不同类型组件的几何模型文件和各个组件在堆芯内部所处的几何位置；从该数值反应堆几何文件库导出所需组件的几何模型文件，并对单组件几何模型文件进行并行网格划分，得到当前组件的网格数据；基于当前组件的网格数据和当前组件的几何位置，通过坐标几何变换，得到所需的快堆全堆芯或多组件的网格数据。本发明可以实现对反应堆堆芯结构的建模并完成大规模并行网格生成，将网格数据应用于有限元求解软件，以最终实现对反应堆堆芯结构力学行为的高精度、高效率模拟。

技术领域

本发明涉及核科学与工程技术、高性能计算、基于超级计算机的高保真数值模拟、有限元分析领域，特别涉及一种快中子反应堆全堆芯结构大规模网格自动生成方法及系统。

背景技术

在高温、流体压力、辐照等作用下，反应堆堆芯组件的各个部位会产生不同程度的形变，组件内部的燃料棒会发生流致振动。这些现象会造成堆芯组件出现包壳磨损、装卸料困难、组件破损以及疲劳损伤。研究在不同环境下的组件变形以及燃料棒流致振动问题，对于保障反应堆的安全运行具有十分重要的意义。由于组件在堆芯内部的排布的特殊性，导致其周围的温度、辐照、压力、流场分布十分复杂，采用理论分析的方法难以求解。在实际工程中，通常采用有限元法进行分析求解。

有限元法是将一个复杂的物理模型离散化为有限个网格单元，此过程也被称为网格划分。然后对每个网格单元进行分析，建立单元刚度矩阵，并通过坐标变换，将单元刚度矩阵组装成总体刚度矩阵，通过求解总体刚度方程最终求得分析对象形变情况的数值解。网格划分是有限元分析的重要环节，是实现高保真数值模拟的基础。在网格划分的过程中，网格密度越大、网格数量越多，最后求得的数值解越接近真实值，但对计算机内外存资源的需求也会越大。

目前采用一般的网格划分方法，仍不能高效地实现对快中子反应堆全堆芯几何模型的整体网格划分以及将划分得到的网格数据转换为通用有限元分析计算软件可用的输入文件。基于超级计算机的大规模网格划分是实现堆芯组件力学行为高保真数值模拟的基础。为实现高保真数值模拟的目标，全堆芯组件网格的数量需达到百亿甚至千亿级别的规模。传统方法往往通过对堆芯结构所有组件进行整体的几何建模，并使用网格生成工具对几何模型进行整体网格划分，这将由于计算机内存不足、网格文件过大等因素导致网格划分效率低的问题。

发明内容

本发明提供了一种快中子反应堆全堆芯结构大规模网格自动生成方法及系统，以解决现有网格划分方法在进行大规模网格划分时会遇到内存不足的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：

一方面，本发明提供了一种快中子反应堆全堆芯结构大规模网格自动生成方法，该快中子反应堆全堆芯结构大规模网格自动生成方法包括：

构建数值反应堆几何文件库，所述数值反应堆几何文件库中包括待进行网格划分的各类型组件的几何模型文件和各个组件在堆芯内部所处的几何位置；

从所述数值反应堆几何文件库导出需要进行网格划分的组件的几何模型文件，并对单组件几何模型文件进行并行网格划分，得到当前组件的网格数据；

基于当前组件的网格数据和当前组件在堆芯内部所处的几何位置，通过坐标几何变换，得到所需的快堆全堆芯或多组件的网格数据。

进一步地，所述构建数值反应堆几何文件库，包括：

对快中子反应堆堆芯中各类型组件分别进行一次GEO几何建模，并将几何模型的底面中心点坐标设置为原点坐标，得到各类型组件的几何模型文件；

对每根组件进行编号，并建立组件编号与组件中心点坐标的一一映射关系；

对各类型组件的几何模型文件、每根组件的编号以及组件编号与组件中心点坐标的映射关系进行存储，得到数值反应堆几何文件库。