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基于MBSE的铅冷快堆非能动余热排出系统设计需求分析

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核技术 2024年第4期47卷 137-146页

作者：唐锚赵鹏程李文杰王凯南华大学核科学技术学院衡阳421000

针对传统的铅冷快堆非能动余热排出系统设计中存在开发效率低、迭代周期长、模型二义性等前期需求问题,本研究将基于模型的系统工程(Model-based System Engineering,MBSE)方法应用于铅冷快堆非能动余热排出系统设计需求中,结合设计流... 详细信息

针对传统的铅冷快堆非能动余热排出系统设计中存在开发效率低、迭代周期长、模型二义性等前期需求问题,本研究将基于模型的系统工程(Model-based System Engineering,MBSE)方法应用于铅冷快堆非能动余热排出系统设计需求中,结合设计流程进行系统架构的初步设计,该系统架构由需求分析、功能分析和设计综合三部分组成。结果表明:需求分析阶段生成的需求图和用例图可捕获系统需求并确定系统顶层用例;功能分析阶段绘制的时序图、活动图和状态机图可形成系统功能模型并提供早期确认与验证;设计综合阶段建立的白盒模型最终实现系统架构的分析与设计。采用该方法设计的系统架构可确保前后设计需求一致性,进一步降低设计风险并提高设计效率,可为数字化铅冷快堆非能动余热排出系统设计与优化提供应用参考。

关键词：基于模型的系统工程铅冷快堆非能动余热排出系统设计需求架构设计

基于hp-VPINN的反应堆中子扩散计算方法研究

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核动力工程 2024年第2期45卷 53-62页

作者：曾付林张小龙赵鹏程南华大学核科学技术学院湖南衡阳421001

先进的反应堆模拟技术需要基于较少的实际探测数据反演全堆关键参数。针对这一需要,本文基于具有高阶多项式域分解功能的变分残差物理信息神经网络(hp-VPINN)构建计算模型,用于正向、反向求解中子扩散方程。该模型使用神经网络作为试函... 详细信息

先进的反应堆模拟技术需要基于较少的实际探测数据反演全堆关键参数。针对这一需要,本文基于具有高阶多项式域分解功能的变分残差物理信息神经网络(hp-VPINN)构建计算模型,用于正向、反向求解中子扩散方程。该模型使用神经网络作为试函数,并将其代入中子扩散方程形成变分残差作为损失函数进行梯度下降。为了提高求解精度及效率,本文还根据中子扩散方程的物理特性提出了有效增殖系数智能搜索与反演等创新型关键技术,并基于鲸鱼优化算法(WOA)实现了神经网络超参数自优化。最后通过多个算例进行验证,结果表明该方法在具有较高精度的同时,实现了较低的训练数据依赖,为先进反应堆模拟技术提供了一条少量输入数据且较高精度输出的中子扩散求解途径。

关键词：变分残差物理信息神经网络(hp-VPINN) 鲸鱼优化算法(WOA) 中子扩散方程有效增殖系数反应堆模拟技术

HL-2M装置内部输运垒湍流输运的GTC模拟研究

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核技术 2024年第5期47卷 14-20页

作者：肖政耀李新霞王森南华大学核科学技术学院衡阳421001 南华大学核物理研究所衡阳421001

HL-2M托卡马克是我国新一代磁约束聚变等离子体装置,目前已经实现了等离子体电流1 MA的高参数运行模式。本文采用回旋动理学GTC(Gyrokinetic Toroidal Code)程序,研究了具有双输运垒结构的先进运行模式下该装置内部输运垒(Internal Tran... 详细信息

HL-2M托卡马克是我国新一代磁约束聚变等离子体装置,目前已经实现了等离子体电流1 MA的高参数运行模式。本文采用回旋动理学GTC(Gyrokinetic Toroidal Code)程序,研究了具有双输运垒结构的先进运行模式下该装置内部输运垒(Internal Transport Barrier,ITB)的湍流输运。研究结果表明:ITB湍流输运呈现两次连续饱和过程,计算获得的平均离子热扩散系数约为首次饱和水平的两倍。对湍流发展的极向谱和线性色散关系的研究表明,第一次饱和湍流输运由波长kθρi~2.15的短波模式主导,而第二次饱和以kθρi~0.49的长波模式主导;同时,体系湍流的能量由短波模式反向级联到长波模式,湍流饱和阶段径向热扩散系数在输运垒位置处呈现“M”形分布。考虑等离子体带状流结构,数值模拟结果表明:该运行模式下带状流对湍流输运饱和水平没有明显的影响。此外,输运垒等离子体温度和密度梯度最大处对应的湍流饱和期的径向离子热扩散系数最低,极大地增强了对等离子体的约束。

关键词：托卡马克 HL-2M装置 GTC湍流模拟微观不稳定性

基于子通道程序的铅铋反应堆失流事故不确定性分析

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核技术 2024年第8期47卷 119-128页

作者：王凯杨俊康赵鹏程南华大学核科学技术学院衡阳421001

子通道程序是反应堆热工领域的重要计算工具,利用不确定性分析方法能够有效识别和量化程序输入参数和模型假设的不确定性,从而提高程序的可靠性,为热工水力参数设计提供更可靠的参考依据。本文基于子通道程序SUBCHANFLOW,对10 MW小型铅... 详细信息

子通道程序是反应堆热工领域的重要计算工具,利用不确定性分析方法能够有效识别和量化程序输入参数和模型假设的不确定性,从而提高程序的可靠性,为热工水力参数设计提供更可靠的参考依据。本文基于子通道程序SUBCHANFLOW,对10 MW小型铅铋反应堆在稳态和失流事故瞬态情况下进行了不确定性分析。首先,建立了全堆芯子通道模型,并确定了可能影响目标参数的输入参数。随后,采用最优拉丁超立方抽样方法在输入参数分布范围内采样,并输入到SUBCHANFLOW中得到失流事故瞬态和稳态情况下的不确定带。最后,通过灰色关联度分析,对瞬态和稳态敏感性进行了评估。计算结果表明:在瞬态和稳态情况下,目标参数的不确定带均能包络名义值;在瞬态情况下,芯块最高温度容忍上限为674.55℃,包壳最高温度容忍上限为618.31℃,且各参数计算精度基本小于7%;目标参数的不确定性主要来自入口温度、燃料棒高度、出口压力、总功率和包壳热导率等参数,其中入口温度影响最大。本研究揭示了在失流事故瞬态和稳态条件下,SUBCHANFLOW程序的计算不确定性以及各参数对系统响应的敏感性差异,有助于进一步优化和改进反应堆设计和运行策略,提高铅铋反应堆的安全性和可靠性。

关键词：子通道程序铅铋反应堆失流事故不确定性分析灰色关联度

基于混合驱动降阶模型的中子注量率快速预测方法研究

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核动力工程 2024年第4期45卷 1-8页

作者：赵梓炎向钊才赵鹏程南华大学核科学技术学院湖南衡阳421001

反应堆参数发生扰动后的瞬间,中子注量率和反应堆功率的准确预测对反应堆安全运行至关重要,而现有的本征正交分解(POD)与Galerkin投影相结合的方法存在累积误差而导致精度不高的问题。使用隐式差分法得到一维中子时空扩散的精确解,并作... 详细信息

反应堆参数发生扰动后的瞬间,中子注量率和反应堆功率的准确预测对反应堆安全运行至关重要,而现有的本征正交分解(POD)与Galerkin投影相结合的方法存在累积误差而导致精度不高的问题。使用隐式差分法得到一维中子时空扩散的精确解,并作为基准数据,引入2个长短期记忆(LSTM)神经网络项,用于降低POD的累积误差和截断误差,实现物理驱动和数据驱动的混合驱动模型的构建。结果表明,添加神经网络修正项后,对中子注量率、总功率和各阶模态系数预测的均方根误差(RMSE)均降低了1~2个数量级,添加神经网络扩展项后,在预测相同阶数情况下计算时间显著减小,基于2阶和3阶扩展到6阶的改进模型相较于原始6阶模型分别提速了13%和7.6%。混合驱动模型可以很好得改善POD快速预测精度,结果有一定的参考价值。

关键词：本征正交分解(POD) Galerkin投影长短期记忆(LSTM)神经网络降阶模型中子注量率预测

3C-SiC中嬗变原子(Mg、Be、Al)对He间隙原子迁移行为影响的第一性原理研究

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核科学与工程 2024年第1期44卷 1-8页

作者：张洋汤贤成国栋吴飞宏周楠南华大学核科学技术学院湖南衡阳421001 南华大学计算机学院湖南衡阳421001

辐照条件下固体嬗变原子对立方碳化硅(3C-SiC)基体内氦泡形成过程中的作用尚不明确。本文基于密度泛函理论研究了Mg、Be、Al这三种固体嬗变原子对He间隙原子在3C-SiC基体内的形成能以及迁移行为的影响。计算发现,He原子在3C-SiC基体中... 详细信息

辐照条件下固体嬗变原子对立方碳化硅(3C-SiC)基体内氦泡形成过程中的作用尚不明确。本文基于密度泛函理论研究了Mg、Be、Al这三种固体嬗变原子对He间隙原子在3C-SiC基体内的形成能以及迁移行为的影响。计算发现,He原子在3C-SiC基体中主要稳定于由Si或C原子组成的四面体间隙中,且易于在相邻间隙间迁移。当嬗变原子浓度从0增至5%(物质的量分数)时,碳四面体间隙位点的He原子形成能先是骤降、然后随着固体原子浓度的增大而线性改变,而硅四面体间隙位点的He原子形成能则是和固体原子浓度呈多次函数关系。同时,三种固体原子也使He原子的迁移势垒和扩散系数发生明显改变,He原子从C原子间隙迁移到Si原子间隙的迁移势垒随着固体原子浓度的升高而线性降低、扩散系数逐渐增大;从Si原子间隙迁移到C原子间隙的迁移势垒与浓度呈多次函数关系,扩散系数与势垒曲线反相关。无论哪种路径和掺杂浓度,固体原子的加入都促进了He原子的迁移,这为气泡的成核生长提供了有利条件。

关键词：碳化硅氦泡扩散密度泛函理论虚晶体近似

NaCl,NaCl:Al与NaCl:Ca热释光峰值温度偏移特性

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物理学报 2024年第13期73卷 309-316页

作者：杨俊赵修良陈瑞达侯佳斌侯玉苗贺三军周超刘丽艳南华大学核科学技术学院衡阳421001 南华大学先进核能技术设计与安全教育部重点实验室衡阳421001

为深入地了解纯NaCl本身及其Al和Ca掺杂变体的热释光峰值温度偏移特性,通过第一性原理计算与热释光实验的结合方法,探讨了掺杂如何影响晶体的电子结构,并进一步分析热释光峰值温度的偏移机制.计算结果显示掺杂Al后NaCl的带隙略有增加至5... 详细信息

为深入地了解纯NaCl本身及其Al和Ca掺杂变体的热释光峰值温度偏移特性,通过第一性原理计算与热释光实验的结合方法,探讨了掺杂如何影响晶体的电子结构,并进一步分析热释光峰值温度的偏移机制.计算结果显示掺杂Al后NaCl的带隙略有增加至5.20 eV,掺杂Ca则导致带隙显著减小至0 eV,这些掺杂不仅改变了带隙宽度,还引入了不同的缺陷形成能,这可能导致热释光峰值温度在较低温度出现,且会随实验条件的变化而偏移.通过热释光实验对理论预测结果进行了验证,结果显示在加热速率增加时,所有样品的热释光峰值温度均有所增加,且NaCl:Al的变化最为显著,从276 K增至340 K;而在1—25 mGy剂量范围内随着辐照剂量的增加,热释光峰值温度的增长变化较小,尤其是NaCl:Ca仅从195 K增至202 K.基于第一性原理的计算及热释光峰值温度偏移特性的实验研究对于不同掺杂材料的应用具有重要参考意义.

关键词：热释光特性 NaCl掺杂第一性原理电子结构

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基于LoRa设备的人体活动识别研究

计算机工程与科学 2024年第1期46卷 111-121页

作者：崔浩万亚平钟华聂明星肖杨南华大学计算机学院湖南衡阳421001

近年基于LoRa设备建立的诸多传感模型验证了LoRa设备的长距离传感潜力,但使用特征模糊的LoRa无线信号识别人体活动仍然需要进一步研究。分析了LoRa信号受人体活动影响的传播规律,提出了一种LoRa信号处理方法来提取信号变化特征。随后采... 详细信息

近年基于LoRa设备建立的诸多传感模型验证了LoRa设备的长距离传感潜力,但使用特征模糊的LoRa无线信号识别人体活动仍然需要进一步研究。分析了LoRa信号受人体活动影响的传播规律,提出了一种LoRa信号处理方法来提取信号变化特征。随后采集数据创建了2个记录人体活动的LoRa数据集,通过当前先进的深度学习网络检验所提方法的效果。对1个房间内活动种类、活动人员,4个房间内活动人员、活动发生房间的识别准确率均达到了90%以上,对比使用卷积循环神经网络直接进行训练的方法也更节省时间和空间资源。

关键词：无线传感长距离传感人体活动识别 LoRa信号特征提取深度学习

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基于可见光与红外图像的弱光条件下目标检测

计算机工程 2024年第8期50卷 270-281页

作者：王昱婷刘志明万亚平朱涛南华大学计算机学院湖南衡阳421200

图像融合是将多个输入图像合并成一个单一图像的技术。可见光红外图像融合能提高目标检测的准确性,但在低光照场景下往往效果不佳。基于此,提出一种新的融合模型DAPR-Net。该模型具有跨层残差连接的编解码结构,将编码器的输出与解码器... 详细信息

图像融合是将多个输入图像合并成一个单一图像的技术。可见光红外图像融合能提高目标检测的准确性,但在低光照场景下往往效果不佳。基于此,提出一种新的融合模型DAPR-Net。该模型具有跨层残差连接的编解码结构,将编码器的输出与解码器的对应层的输入相连接,加强各层卷积层间的信息传递。在编码器中设计了双注意力特征提取模块AFEM,使得网络能够更好地区分融合图像与输入的可见光和红外图像之间的差异,同时保留两者的关键信息。在多个公开数据集上与6种先进方法进行对比,实验结果表明,与基准PIAFusion模型相比,该模型在LLVIP和MSRS数据集上的信息熵、空间频率、平均梯度、标准差、视觉保真度指标分别提高了0.849、3.252、7.634、10.38、0.293和2.105、2.23、4.099、27.938、0.343;在YOLOV5目标检测网络上,LLVIP和MSRS数据集的平均精度均值、召回率、精确率、F1值指标分别提高了8.8、1.4、1.9、1.5个百分点和7.5、1.4、8.8、1.2个百分点,相较于其他融合方法表现出更显著的优势。

关键词：低光照可见光红外图像图像融合目标检测