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《上海交通大学》 2009年
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中子输运方程特征线解法及嵌入式组件均匀化方法的研究

汤春桃  
【摘要】: 目前一代轻水堆堆芯物理分析理论和数值计算方法形成于上个世纪七十年代末。受限于当时计算机的硬件条件,理论上存在近似和不足的现行堆芯物理分析方法已难以满足当今日益复杂的堆芯设计需求。因此,近些年国际上广泛地开展了下一代(第三代)轻水堆堆芯数值计算理论和方法(Next Generation Methods, NGM)的研究。归纳起来,现有NGM研究的主要思路是完全抛弃组件均匀化和堆芯扩散计算而直接进行Pin-by-Pin的三维全堆输运计算,这样势必会造成对多年积累的堆芯物理分析方法、经验、程序等资源的浪费。为此,本文提出了一套全新的NGM方案,目标是将组件输运计算产生等效均匀化参数的过程嵌入三维扩散计算中。本文通过改进输运计算方法、组件均匀化方法和等效均匀化参数产生方法,满足未来复杂堆芯物理计算精度与速度的要求。本文的主要工作集中于中子输运方程特征线解法的研究、程序PEACH的研制以及嵌入式组件均匀化方法的可行性分析。 首先,本文基于特征线法研制了NGM的输运计算工具PEACH程序。程序PEACH的几何处理,采用了以组件为模块产生特征线的方法(Assembly Modular Ray Tracing, AMRT)。这种特征线的产生方法既具备计算速度快和节省存储量的优点,又可以比较充分地考虑组件内子区的任意性。程序PEACH的特征线跟踪计算方法,分别采用了平源近似的步特征线法、菱形差分的特征线法和线性源近似的特征线法。本文在探讨后两种数值计算模型时,提出了相关负中子角通量和负中子源的处理方法,并通过OECD/NEA C5G7-MOX 2D等基准题的数值检验,证明线性源近似的特征线法在相同精度的前提下占用更少的系统内存和计算时间。程序PEACH中运用了由多群粗网有限差分(Coarse Mesh Finite Difference, CMFD)与少群粗网有限差分组合而成的两重粗网有限差分加速方法,并建立了指数函数插值表,呈现出良好的加速效果。另外,本文基于MPI(Massage Passing Interface)并行环境实现了程序PEACH的并行化,获得了较高的并行效率。 其次,本文根据等效均匀化理论的基本原理,分别探讨了基于精确解的均匀化方法、以反照率为边界条件的再均匀化方法、传统改进的均匀化方法和Colorset均匀化方法。本文用相关的数值算例证实了在精确解已知的前提下均匀化后的扩散计算能完全恢复非均匀输运计算的结果。在以反照率为边界条件的再均匀化方法中,根据嵌入式均匀化方法的迭代策略,反照率只能从上一次堆芯扩散计算中获得而且与角度无关,数值结果表明在这种框架下无法获得高精度的等效均匀化参数。Colorset均匀化方法是一种多组件均匀化方法,它可以很好地考虑相邻组件间的能谱干涉,是NGM较理想的候选均匀化方法。另外,由于PEACH这类程序(MOC+CMFD)具备输运计算耗时与问题的几何规模近似呈现线性关系的特性,本文推荐将基于二维全堆芯输运计算的均匀化模型作为NGM的嵌入式均匀化方法。 最后,本文开发了解析法求解燃耗方程、泄漏修正等计算程序以及用于各模块间数据处理的Link程序。初步建立了上海交大NGM程序测试系统,它由输运程序PEACH、扩散程序NLSANM、一维边值程序、精细功率重构程序和燃耗计算程序等主体构成。基于该程序包的相关数值结果表明,本文所提出的一整套方法在充分考虑工程实际的前提下具备很高的计算精度。高效的输运计算方法和先进的均匀化方法是本方法的核心,本文所探讨的方法和结论具有重要的学术和工程实用价值。
【学位授予单位】:上海交通大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TL351.1

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【引证文献】
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【参考文献】
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3 黄灏;汤春桃;;粗网节块法中非全反射边界条件下节块等效均匀化参数的计算[J];核科学与工程;2009年01期
【共引文献】
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2 袁涛;罗永锋;袁伟;尚爱国;;14.1MeV小型脉冲中子发生器的屏蔽[J];四川兵工学报;2012年07期
3 王涛,谢仲生,程和平,张少泓,张颖;三维六角形组件压水堆堆芯燃料管理计算及程序系统研究[J];核动力工程;2003年06期
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5 魏军侠;阳述林;王双虎;申卫东;;非匹配网格上中子输运方程的间断有限元方法[J];核动力工程;2010年S2期
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9 韩静茹;三维蒙特卡罗—离散纵标双向耦合屏蔽计算方法研究[D];华北电力大学;2012年
10 宫兆虎;堆芯装载方案优化的新方法[D];清华大学;2011年
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1 余波;惯性约束聚变的中子半影成像诊断系统和非线性重建方法研究[D];中国工程物理研究院;2010年
2 杨佳音;反应堆中子分布与屏蔽设计研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
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4 黄细珍;辐射传递的球谐函数法模拟[D];哈尔滨工业大学;2010年
5 张正习;传统共振计算方法的改进及燃料空间自屏效应的研究[D];上海交通大学;2011年
6 陶乃贵;MADS和CSA算法在压水堆核电厂堆芯换料优化问题中的应用研究[D];上海交通大学;2012年
7 杨博;深穿透粒子输运蒙特卡罗模拟的CPU/GPU协同算法研究[D];国防科学技术大学;2011年
8 贾子瑜;源项计算分析与研究[D];中国原子能科学研究院;2004年
9 赵善桂;六角形组件堆芯燃料管理程序包的应用开发[D];中国原子能科学研究院;2004年
10 夏兆东;低阶谐波展开方法的改进研究[D];中国原子能科学研究院;2007年
【同被引文献】
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2 吴宜灿;李静惊;李莹;曾勤;陈明亮;郑善良;许德政;蒋洁琼;卢磊;丁爱平;胡海敏;龙鹏程;柏云清;罗月童;曹瑞芬;邹俊;何兆忠;黄群英;FDS团队;;大型集成多功能中子学计算与分析系统VisualBUS的研究与发展[J];核科学与工程;2007年04期
3 李莹;曾勤;卢磊;郑善良;丁爱平;胡海敏;张俊军;吴宜灿;FDS团队;;利用ITER基准模型对MCAM4.2进行检验(Ⅰ)[J];核科学与工程;2008年01期
4 吴宜灿;胡丽琴;龙鹏程;罗月童;李亚洲;曾勤;卢磊;张俊军;邹俊;许德政;柏云清;周涛;陈红丽;彭蕾;宋勇;黄群英;FDS团队;;先进核能系统设计分析软件与数据库研发进展[J];核科学与工程;2010年01期
5 张俊军;曾勤;王国忠;吴宜灿;FDS团队;;蒙特卡罗程序TRIPOLI自动建模方法研究[J];核科学与工程;2010年03期
6 熊健;王国忠;王电喜;赵凯;龙鹏程;曾勤;胡丽琴;FDS团队;;MCAM在ITER装置TRIPOLI三维中子学建模中的应用[J];核科学与工程;2011年02期
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【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 汤春桃;黄灏;张少泓;;改进现行轻水堆组件均匀化方法的必要性[J];核科学与工程;2007年04期
【相似文献】
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10 李华祥;刘应华;冯西桥;岑章志;;确定复合材料屈服准则的数值方法[A];复合材料的现状与发展——第十一届全国复合材料学术会议论文集[C];2000年
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2 仲勇;把Office中的“宏”带回家[N];中国电脑教育报;2004年
3 王志军;你的office 2003 打上补丁了吗?[N];中国电脑教育报;2004年
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5 向杰;“十一”长假35万台计算机染毒[N];科技日报;2008年
6 向杰;警惕“SSDT”杀手病毒疯狂传播[N];科技日报;2008年
7 张茧;病毒恶意关闭旧版杀毒软件[N];湖南日报;2008年
8 山东 刘亭;MSN Messenger妙手回春[N];电脑报;2004年
9 甯 刚;音频转换王Awave Studio[N];中国电脑教育报;2003年
10 记者 牛泽刚;开拓土地执法监察工作新局面[N];延边日报;2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 汤春桃;中子输运方程特征线解法及嵌入式组件均匀化方法的研究[D];上海交通大学;2009年
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2 宋捷;基于软件通信结构的基带波形设计与实现[D];电子科技大学;2010年
3 韩启忠;河南省农科院财务管理系统的设计与实现[D];电子科技大学;2010年
4 赵丛;高阶Hermite元及其在椭圆边值均匀化问题中的应用[D];郑州大学;2010年
5 刘文辉;连续介质微观力学均匀化方法在粘弹性复合材料中的应用[D];湘潭大学;2004年
6 刘少芳;柔顺机构的动态拓扑优化设计[D];汕头大学;2005年
7 康健;基于均匀化方法的材料参数化优化设计研究[D];大连理工大学;2006年
8 王永科;均匀化理论和复合材料电磁特性分析[D];大连理工大学;2006年
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10 吴露露;对AcitveX控件跨平台技术的研究[D];浙江大学;2008年
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