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LoongCALF程序钠冷快堆SUPERFACT-1SF4/SF16燃料棒实验验证分析

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核动力工程 2024年第S1期45卷 117-122页

作者：彭鑫航张田邵世豪刘宙宇哈尔滨工程大学核科学与技术学院哈尔滨150001 西安交通大学核科学与技术学院西安710049

由于钠冷快堆功率密度高、燃耗深度大,其燃料在运行过程中具有温度高、裂变气体释放率高、形变大、形成中心空洞等特点,因此钠冷快堆对燃料性能程序开发提出了新的挑战。LoongCALF程序是基于有限元方法和JFNK方法的快堆燃料性能分析程序... 详细信息

由于钠冷快堆功率密度高、燃耗深度大,其燃料在运行过程中具有温度高、裂变气体释放率高、形变大、形成中心空洞等特点,因此钠冷快堆对燃料性能程序开发提出了新的挑战。LoongCALF程序是基于有限元方法和JFNK方法的快堆燃料性能分析程序,为验证LoongCALF程序在钠冷快堆燃料性能分析中模型的适用性,本文运用LoongCALF程序对SUPERFACT-1辐照实验中SF4/SF16燃料棒进行模拟,并将模拟结果与公开文献中TRANSURNUS、GERMINAL、MACROS等快堆燃料性能程序的结果对比。研究结果表明,LoongCALF程序计算得出的包壳温度、燃料棒内压以及芯块温度与文献结果符合较好,轴向中心空洞直径与实验结果符合较好,能够满足对钠冷快堆模拟的需求。因此,LoongCALF程序能够用于钠冷快堆的模拟工作,但裂变气体释放与气隙宽度以及核素分布等相关模型还需要进一步完善。

关键词： LoongCALF程序燃料性能分析钠冷快堆验证分析

六角形布置反应堆高保真物理计算方法研究与验证

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核动力工程 2022年第1期43卷 7-14页

作者：陈俊辑刘宙宇曹璐曹良志西安交通大学核科学与技术学院西安710049

俄罗斯商用压水堆VVER和大多数实验堆均采用了六角形紧凑型栅格布置,为了实现VVER和六角形实验堆的高保真数值模拟分析,本文基于数值反应堆物理计算程序(NECP-X)开展了六角形堆芯高保真计算方法研究和程序开发。首先,将全局-局部耦合共... 详细信息

俄罗斯商用压水堆VVER和大多数实验堆均采用了六角形紧凑型栅格布置,为了实现VVER和六角形实验堆的高保真数值模拟分析,本文基于数值反应堆物理计算程序(NECP-X)开展了六角形堆芯高保真计算方法研究和程序开发。首先,将全局-局部耦合共振自屏计算方法拓展至六角形堆芯,实现六角形堆芯燃料棒的全堆芯高精度共振计算;其次,基于2D/1D耦合输运计算方法研究了六角形堆芯的高保真计算方法;最后,为了提高全堆芯计算的计算效率,研究了基于区域分解松耦合的非结构网格的粗网有限差分(CMFD)加速方法,可以实现以矩形、六角形和其他多边形栅元为基础的pin-by-pin CMFD加速。为了验证六角形堆芯高保真计算方法的精度和效率,计算了六角形C5G7基准问题,并分析了六角形输运计算方法的计算精度和CMFD方法的加速效果;将NECP-X程序应用于西安脉冲堆的2D全堆芯计算,与蒙特卡罗程序的结果对比表明NECP-X程序计算得到的特征值和功率分布均具有较高精度。因此,本文建立的六角形堆芯高保真计算方法可以应用于六角形堆芯的分析计算。

关键词：数值反应堆物理计算程序(NECP-X) 六角形堆芯特征线方法(MOC) 粗网有限差分(CMFD)加速 2D/1D计算

基于等效几何理论的复杂几何燃料共振计算方法研究

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原子能科学技术 2022年第2期56卷 249-260页

作者：曹璐刘宙宇贺清明曹良志西安交通大学核科学与技术学院陕西西安710049 西北核技术研究所陕西西安710024

针对各种研究堆、实验堆以及新型反应堆中广泛应用的复杂几何燃料的共振计算难题,本文基于全局-局部耦合策略开展了可处理复杂几何燃料的等效几何共振计算方法研究。针对复杂几何燃料的孤立问题,基于燃料的逃脱概率守恒,建立了复杂几何... 详细信息

针对各种研究堆、实验堆以及新型反应堆中广泛应用的复杂几何燃料的共振计算难题,本文基于全局-局部耦合策略开展了可处理复杂几何燃料的等效几何共振计算方法研究。针对复杂几何燃料的孤立问题,基于燃料的逃脱概率守恒,建立了复杂几何燃料模型的等效一维圆柱(或平板)燃料模型;基于燃料到外围结构材料区的碰撞概率守恒,获得了燃料外围结构材料的等效尺寸;根据复杂几何燃料的丹可夫因子守恒,建立了等效一维圆柱(或平板)燃料外围的慢化剂尺寸;针对等效一维圆柱(或平板)燃料模型,采用伪核素子群方法进行了有效自屏截面计算。将该方法应用于非棒状几何燃料的共振计算,结果表明,该方法具有很强的几何处理能力,且具有较高的计算精度和计算效率。

关键词：等效几何理论共振计算 NECP-X 复杂几何燃料

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数值反应堆的研究现状与发展建议

原子能科学技术 2022年第2期56卷 193-212,F0002页

作者：吴宏春刘宙宇周欣宇曹良志西安交通大学核科学与技术学院陕西西安710049

数值反应堆技术是基于多物理紧耦合的高精度、高分辨率、高置信度的高保真数值模拟技术,其目的是实现核反应堆内物理现象的精确数值呈现和分析,大幅度提高核反应堆的设计能力和安全运行能力,用数值技术驱动核能技术的快速发展。本文总... 详细信息

数值反应堆技术是基于多物理紧耦合的高精度、高分辨率、高置信度的高保真数值模拟技术,其目的是实现核反应堆内物理现象的精确数值呈现和分析,大幅度提高核反应堆的设计能力和安全运行能力,用数值技术驱动核能技术的快速发展。本文总结了国内外数值反应堆技术的研究现状,提出了数值反应堆技术的发展建议。

关键词：数值反应堆多物理耦合研究现状发展建议

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NECP-X中基于改进泄漏项分割技术的二维/一维耦合输运方法

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原子能科学技术 2019年第7期53卷 1173-1179页

作者：赵晨刘宙宇曹良志吴宏春西安交通大学核科学与技术学院

二维/一维耦合输运方法较好地平衡了效率与精度,因此被广泛应用于一步法全堆芯输运计算。二维/一维耦合输运方法中,由于泄漏项在方程右端,导致二维特征线法(MOC)计算时方程右端总源项在迭代过程中可能成为负值,造成迭代发散。本文针对二... 详细信息

二维/一维耦合输运方法较好地平衡了效率与精度,因此被广泛应用于一步法全堆芯输运计算。二维/一维耦合输运方法中,由于泄漏项在方程右端,导致二维特征线法(MOC)计算时方程右端总源项在迭代过程中可能成为负值,造成迭代发散。本文针对二维/一维耦合输运计算中的负源项问题,提出了一种改进的泄漏项分割方法。新的泄漏项分割方法可在不造成计算精度损失和仅增加有限内存的条件下,显著提高二维/一维耦合输运方法的稳定性。通过强泄漏算例、C5G7基准题、VERA-3A基准题等进行测试,表明该方法对提高二维/一维耦合输运方法稳定性具有显著的效果。

关键词：二维/一维耦合输运方法一步法输运计算改进的泄漏项分割方法 NECP-X

程序二维/一维耦合特征线输运计算中的控制棒尖齿效应处理方法

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核动力工程 2023年第6期44卷 23-31页

作者：张思凡刘宙宇赵寒冰陈兴王博中国核动力研究设计院核反应堆系统设计技术重点实验室成都610213 西安交通大学核科学与技术学院西安710049 海军装备部成都610213 成都大学成都610106

在二维/一维耦合特征线输运的基础上,研究了控制棒移动的尖齿效应处理方法,包括自适应网格方法和双向均匀化方法。在双向均匀化方法中,通过建立径向通量密度形状因子和轴向通量密度形状因子降低均匀化的误差。在高保真数值反应堆程序NEC... 详细信息

在二维/一维耦合特征线输运的基础上,研究了控制棒移动的尖齿效应处理方法,包括自适应网格方法和双向均匀化方法。在双向均匀化方法中,通过建立径向通量密度形状因子和轴向通量密度形状因子降低均匀化的误差。在高保真数值反应堆程序NECP-X中开发了控制棒移动功能,通过C5G7-TD宏观问题和VERA#5全堆芯基准题对控制棒尖齿效应进行验证。数值结果表明:在计算控制棒价值和堆芯功率上自适应网格方法和双向均匀化方法都有较高的计算精度;通量密度形状因子可以很好地修正双向均匀化所带来的尖齿效应。

关键词：二维/一维耦合特征线方法控制棒尖齿效应双向均匀化通量密度形状因子 NECP-X

一种通过边界注量率耦合的MOC和S_(N)二维耦合中子输运方法

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核动力工程 2022年第2期43卷 9-16页

作者：张思凡袁媛刘宙宇周欣宇曹良志西安交通大学核科学与技术学院西安710049 中国核电工程有限公司北京100840

当使用特征线方法(MOC)计算堆外探测器或某些特殊的重水慢化轻水冷却的实验堆时,因其活性区外部结构材料或慢化剂区域过大,密集的特征线会导致计算资源大量浪费。为解决这一问题,提出了一种新的基于MOC和离散纵标(S_(N))节块法的耦合输... 详细信息

当使用特征线方法(MOC)计算堆外探测器或某些特殊的重水慢化轻水冷却的实验堆时,因其活性区外部结构材料或慢化剂区域过大,密集的特征线会导致计算资源大量浪费。为解决这一问题,提出了一种新的基于MOC和离散纵标(S_(N))节块法的耦合输运方法,并在数值反应堆物理计算程序NECP-X中实现。该方法将计算区域划分为MOC域(包括活性区等复杂结构区域)和S_(N)域(包括慢化剂和反射层等简单结构区域),然后对2个区域的网格进行混合扫描,通过区域交界面的角注量率进行耦合;同时提出了一些可行的方法来减缓耦合边界角注量率带来的误差。最后通过二维C5G7基准题和全堆芯问题的测试来验证耦合方法的计算效果,数值结果表明该方法具有良好的计算效率和精度。

关键词：特征线方法(MOC) 离散纵标(S_(N))节块法混合扫描 NECP-X

基于统计抽样的压水堆燃料组件性能分析不确定度量化研究

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原子能科学技术 2022年第2期56卷 239-248页

作者：邹晓阳曹良志刘宙宇吴宏春西安交通大学核科学与技术学院陕西西安710049

为能在给出数值模拟结果的同时提供置信区间,本文开展了压水堆燃料性能分析、组件燃耗和热工水力学分析计算的不确定度量化研究。采用西安交通大学自主开发的不确定度分析程序平台NECP-UNICORN,分别耦合了轻水堆燃料性能分析程序FEMAXI... 详细信息

为能在给出数值模拟结果的同时提供置信区间,本文开展了压水堆燃料性能分析、组件燃耗和热工水力学分析计算的不确定度量化研究。采用西安交通大学自主开发的不确定度分析程序平台NECP-UNICORN,分别耦合了轻水堆燃料性能分析程序FEMAXI、压水堆群常数计算程序NECP-Bamboo-Lattice和热工水力子通道程序CTF。首先针对不同物理过程的特点,分析需要考虑的不确定度来源。然后针对核数据协方差矩阵稀疏且不满秩的特点,应用COST方法以减少样本量。结果表明,对于燃料性能分析,边界条件、几何参数和材料性质对燃料中心温度有显著影响。对于燃耗过程,核数据和几何参数对特征值、功率分布、两群常数和核子密度的不确定度有显著影响。对于热工水力分析过程,边界条件、几何参数和模型系数对冷却剂温度和包壳温度的不确定度有较大影响。针对每种物理场,分别量化其输入输出参数的不确定度,对于后续量化复杂系统多物理耦合过程的不确定度具有重要意义。

关键词：不确定度量化燃料性能燃耗热工水力

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基于MOOSE平台的燃料性能分析程序开发

核动力工程 2020年第S1期41卷 130-134页

作者：许晓北刘宙宇曹良志吴宏春西安交通大学核科学与技术学院西安710049

为进行反应堆中子学、热工水力、燃料性能分析的多物理耦合研究,基于多物理耦合平台MOOSE开发了燃料性能分析程序NECP-CALF,对简化压水堆燃料棒进行了模拟;针对轴对称和非轴对称条件并存的燃料元件,程序实现了一种新的建模方法——混合... 详细信息

为进行反应堆中子学、热工水力、燃料性能分析的多物理耦合研究,基于多物理耦合平台MOOSE开发了燃料性能分析程序NECP-CALF,对简化压水堆燃料棒进行了模拟;针对轴对称和非轴对称条件并存的燃料元件,程序实现了一种新的建模方法——混合维度法,可更好地兼顾精度与效率,之后使用混合维度法对发生堵流的超临界水冷堆燃料棒进行了模拟,分析了堵流对燃料性能的影响。结果表明,本文开发的程序可模拟燃料棒在堆内燃耗过程中的温度、应力和应变的变化,且此程序具备与燃料性能分析程序BISON、CAMPUS同等的计算精度;堵流会造成芯块最高温度显著升高,并使得包壳在堵流发生后立刻达到屈服极限,对燃料元件安全性极为不利。

关键词：燃料性能分析多物理耦合 MOOSE