[发明专利]弥散燃料和毒物颗粒的分层燃耗的多尺度耦合方法及装置

说明书

本发明公开了一种弥散燃料和毒物颗粒的分层燃耗的多尺度耦合方法及装置，其中方法包括：根据棒束栅元模型的几何参数，构建微观精细模型；对微观精细模型进行中子输运计算，获得其有效增值因子；根据有效增值因子将毒物颗粒球与SiC基体进行混合，获得微观等效均匀模型，以及毒物颗粒球的有效份额；将棒束栅元模型作为一个宏观模型，根据有效份额将燃料棒中的毒物颗粒球和SiC基体进行混合，获取燃料棒的有效增殖因子和平均通量；根据有效增殖因子和平均通量做燃耗计算，统计N、n、φ等重要燃耗数据，实现多尺度耦合的燃耗计算。本发明根据微观等效均匀模型对宏观的棒束栅元模型进行混合处理，提高了计算效率，可广泛应用于核工程领域。

技术领域

本发明涉及核工程领域，尤其涉及一种弥散燃料和毒物颗粒的分层燃耗的多尺度耦合方法及装置。

背景技术

在反应堆安全运行过程中，反应性的控制尤为重要；可燃毒物的设置对反应性的控制有重要作用，它有利于减少反应堆寿期初的初始反应性，对反应堆的无人值守控制起着重要作用。

全陶瓷微封装弥散燃料是一种新型的耐事故燃料，它将包覆燃料颗粒弥散在基体中，它具有比较高的燃耗深度，较好的包容性和传热性能等优势。其中，在FCM燃料中加入弥散的可燃毒物颗粒，能够在不带来功率畸变的情况下，长期、灵活地控制反应性进程。此外，从生产工艺结合来看，FCM与颗粒状的可燃毒物十分契合。

不同于燃料颗粒，可燃毒物颗粒具有极大的中子吸收截面，其特殊的空间结构导致的空间自屏效应，导致燃耗过程中出现一种分层燃烧的现象，即：颗粒外层会优先被消耗而内层保持较高的完整度；燃料颗粒则不会出现这种明显的分层现象。在现有方法中，要精确还原这种毒物颗粒的分层现象，需要将毒物颗粒结构进行进一步细分，造成了巨大的网格计算量，计算负担很大，这在规模更大的全堆计算中是不可实现的；而基体中弥散的燃料颗粒，有别于毒物颗粒，不存在这种分层的现象，不需要过于精细的划分，但是仍具有双重异质性，需要另行处理。

基体中混有包覆燃料颗粒和可燃毒物颗粒等多种复杂结构以及其相应的特性，因此，在处理全陶瓷微封装弥散燃料(FCM)中的可燃毒物颗粒的分层燃耗效应过程中，目前缺少高效高保真的求解方法。

发明内容

为至少一定程度上解决现有技术中存在的技术问题之一，本发明的目的在于提供一种弥散燃料和毒物颗粒的分层燃耗的多尺度耦合方法及装置，用于求解全陶瓷微封装弥散燃料(FCM燃料)中的弥散可燃毒物颗粒的分层燃耗现象。

本发明所采用的技术方案是：

一种弥散燃料和毒物颗粒的分层燃耗的多尺度耦合方法，包括以下步骤：

S1、根据棒束栅元模型的几何参数，构建微观精细模型；其中，微观精细模型中包括毒物颗粒球、燃料颗粒和SiC基体；

S2、对所述微观精细模型进行中子输运计算，获得所述微观精细模型的有效增值因子；

S3、根据所述有效增值因子将所述毒物颗粒球与所述SiC基体进行混合，获得与所述微观精细模型的反应性相同的微观等效均匀模型，以及毒物颗粒球的有效份额；

S4、将棒束栅元模型作为一个宏观模型，根据有效份额将燃料棒中的所述毒物颗粒球和所述SiC基体进行混合，获取燃料棒的有效增殖因子和平均通量；

S5、根据所述有效增殖因子和所述平均通量做燃耗计算，获得所述燃料颗粒的新核子密度N；

S6、在微观精细模型中，根据所述平均通量做燃耗计算，获得所述毒物颗粒球的新核子密度n；

S7、将新核子密度N和新核子密度n返回步骤S1，并执行步骤S1-S6，以实现多尺度耦合的燃耗计算。

进一步，所述微观精细模型还包括包壳层和慢化剂层；