[发明专利]一种稳定精确的反应堆物理热工耦合计算方法有效
申请号: | 201610473000.2 | 申请日: | 2016-06-24 |
公开(公告)号: | CN106202866B | 公开(公告)日: | 2018-07-20 |
发明(设计)人: | 曹良志;张一骏;郑友琦;吴宏春 | 申请(专利权)人: | 西安交通大学 |
主分类号: | G06F19/00 | 分类号: | G06F19/00 |
代理公司: | 西安智大知识产权代理事务所 61215 | 代理人: | 何会侠 |
地址: | 710049*** | 国省代码: | 陕西;61 |
权利要求书: | 查看更多 | 说明书: | 查看更多 |
摘要: | 一种稳定精确的反应堆物理热工耦合计算方法,是一种在求解过程中同时得到中子学场,流体场和传热场状态的方法,由于所有变量在迭代过程中同时更新,因此本方法较传统耦合方法具有更佳的数值稳定性,本方法通过联立时空中子扩散方程和热工方程的离散方程,得到一个新的更大规模的非线性方程组,对于这个方程组,应用牛顿迭代法进行数值求解,由于牛顿迭代法需要在每一个迭代步计算方程组的雅阁比矩阵,对于物理热工耦合计算较为困难,本方法通过建立扩散方程和热工方程间的数值联系,显式计算出雅阁比矩阵,避免了由于近似计算雅阁矩阵导致的问题,同时,本方法继承了牛顿法的特性,有望具备更快的收敛速度。 | ||
搜索关键词: | 一种 稳定 精确 反应堆 物理 耦合 计算方法 | ||
【主权项】:
1.一种稳定精确的反应堆物理热工耦合计算方法,其特征在于:包括如下步骤:步骤1:确定中子学方程,即时空中子扩散方程的离散形式,对时空中子扩散方程采用非线性迭代半解析节块法进行空间上的离散,时间项采用隐式差分,能量取两群近似,得到带节块耦合修正因子项的节块平衡方程,即带修正因子的CMFD方程,其表达式如下:![]()
![]()
![]()
式中,G——能群总数;Δt——时间步长;
——第g群n时刻节块m内的平均中子通量;
——第g群n+1时刻节块m内的平均中子通量;vg——第g群中子速度;χpg——瞬发中子裂变谱;βp——瞬发中子份额;χdg——缓发中子裂变谱;ν∑f——中子产生截面;∑g'g——g’群到g群宏观散射截面;∑t——宏观总截面;λl——瞬发中子份额;Cl——第l群缓发中子先驱核浓度;
——由先驱核浓度线性近似推导得到的常数项系数;
——第g群节块m内的中子泄漏项;
——第g群节块m内u方向左右表面的中子静流;Δu——u方向的节块宽度;
——节块等效扩散系数;
——非线性迭代节块耦合修正因子;
——m节块在u方向左侧面的不连续因子;确定热工方程的离散形式,对热工方程采用单通道模型,只考虑径向导热,空间上采用有限体积法离散,时间项采用隐式差分,得到有限差分格式的热工离散方程:![]()
![]()
式中A——通道流动面积;ρj——第j网格冷却剂密度;mj——第j网格质量流量;hj——第j网格冷却剂比焓;H——传热系数;Pr——释热周长;Tw——壁面温度;Tb——冷却剂温度;ρf——燃料密度;cp——燃料比热;V——传热网格体积;K——等效导热率;q'''——体积释热率;步骤2:由于中子学方程与热工方程在数学表达式中并无显示的联系,因此需要对求解的节块平衡方程与热工离散方程建立数学关系,在节块平衡方程中截面是慢化剂密度和燃料温度的隐式函数∑x=g(ρ,Tf),热工离散方程中体积释热项是关于中子通量和裂变截面的函数
从而根据这两个关系,便能构建封闭的中子学方程和热工方程耦合的非线性方程组,形式如下:
式中,fφ(x),fT(x),fh(x),fm(x)分别为残差形式的中子方程,传热方程,能量方程和质量方程;F(x)便是联立的物理热工方程组,x为解向量,分别为中子通量,冷却剂比焓,冷却剂质量流量,燃料温度;步骤3:建立了物理热工耦合的非线性方程组F(x),在用牛顿法求解F(x)时,需在每一个牛顿迭代步构造F(x)的雅阁比矩阵,如下所示,
在雅阁比矩阵元素的计算中,需要求解中子残差方程对比焓的偏导数
这实际上是要计算截面关于比焓的偏导数
由于截面是关于慢化剂密度和燃料温度的隐式函数∑x=g(ρ,Tf),因此使用求导的链式法则计算得到,
对于雅阁比矩阵中剩下的元素的计算,均能够通过各个残差方程得到解析表达式;通过以上运算便得到了雅阁比矩阵各个元素的数值,为了获得每个牛顿迭代步的更新量δx,需要求解以下代数方程组,JFδx=‑F(x)JF是一个大型的稀疏矩阵;以k作为牛顿迭代步记号,当||F(xk)||≤εNewton时认为牛顿迭代收敛,||F(xk)||为F(xk)的范数,εNewton为牛顿迭代收敛判据;步骤4:物理热工耦合的非线性方程组F(x)求解完毕后,根据最新解得的节块中子通量更新节块耦合修正因子Dk,nod,因此是在牛顿迭代法外层再涵盖一层用于更新Dk,nod的非线性迭代步;节块耦合修正因子Dk,nod的计算与半解析节块法相同。
下载完整专利技术内容需要扣除积分,VIP会员可以免费下载。
该专利技术资料仅供研究查看技术是否侵权等信息,商用须获得专利权人授权。该专利全部权利属于西安交通大学,未经西安交通大学许可,擅自商用是侵权行为。如果您想购买此专利、获得商业授权和技术合作,请联系【客服】
本文链接:http://www.vipzhuanli.com/patent/201610473000.2/,转载请声明来源钻瓜专利网。
- 同类专利
- 专利分类
G06 计算;推算;计数
G06F 电数字数据处理
G06F19-00 专门适用于特定应用的数字计算或数据处理的设备或方法
G06F19-10 .生物信息学,即计算分子生物学中的遗传或蛋白质相关的数据处理方法或系统
G06F19-12 ..用于系统生物学的建模或仿真,例如:概率模型或动态模型,遗传基因管理网络,蛋白质交互作用网络或新陈代谢作用网络
G06F19-14 ..用于发展或进化的,例如:进化的保存区域决定或进化树结构
G06F19-16 ..用于分子结构的,例如:结构排序,结构或功能关系,蛋白质折叠,结构域拓扑,用结构数据的药靶,涉及二维或三维结构的
G06F19-18 ..用于功能性基因组学或蛋白质组学的,例如:基因型–表型关联,不均衡连接,种群遗传学,结合位置鉴定,变异发生,基因型或染色体组的注释,蛋白质相互作用或蛋白质核酸的相互作用
G06F 电数字数据处理
G06F19-00 专门适用于特定应用的数字计算或数据处理的设备或方法
G06F19-10 .生物信息学,即计算分子生物学中的遗传或蛋白质相关的数据处理方法或系统
G06F19-12 ..用于系统生物学的建模或仿真,例如:概率模型或动态模型,遗传基因管理网络,蛋白质交互作用网络或新陈代谢作用网络
G06F19-14 ..用于发展或进化的,例如:进化的保存区域决定或进化树结构
G06F19-16 ..用于分子结构的,例如:结构排序,结构或功能关系,蛋白质折叠,结构域拓扑,用结构数据的药靶,涉及二维或三维结构的
G06F19-18 ..用于功能性基因组学或蛋白质组学的,例如:基因型–表型关联,不均衡连接,种群遗传学,结合位置鉴定,变异发生,基因型或染色体组的注释,蛋白质相互作用或蛋白质核酸的相互作用