轻水堆堆芯下一代数值计算方法的三维非均匀效应研究

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1、申请上海交通大学博士学位论文轻水堆堆芯下一代数值计算方法的三维非均匀效应研究学校：上海交通大学院系：机械与动力工程学院班级：A0902094学号：0090209144博士生：吕栋专业：核能科学与工程导师：王德忠（教授）赵荣安（教授）上海交通大学机械与动力工程学院2014年10月万方数据万方数据ADissertationSubmittedtoShanghaiJiaoTongUniversityfortheDegreeofPhilosophyDoctorInvestigationonthe3DHeterogeneityEffectintheNextGenerationMe

2、thodforLWRCoreAnalysisAuthor:DongLuSpecialty:NuclearScienceandEngineeringAdvisor:Prof.DezhongWangProf.Yung-AnChaoSchoolofMechanicalEngineeringShanghaiJiaoTongUniversityShanghai,P.R.ChinaOctober,2014万方数据万方数据上海交通大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他

3、个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日万方数据万方数据上海交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权上海交通大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密□。（请在以上方框内打“√”

4、）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日万方数据lj~3t@.*~~1Ji.i~3tmtEIJ'l'i;EsJi万方数据Qo(.)J:.)0万方数据万方数据上海交通大学博士学位论文摘要轻水堆堆芯下一代数值计算方法的三维非均匀效应研究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（NextGenerationMethods,NGM）的研究。NGM

5、研究工作贯穿整个反应堆物理数值计算理论的各个环节，包括多群核数据库的研制，共振计算方法的研究，堆芯非均匀性处理方法等等。本研究工作主要聚焦于堆芯计算中三维非均匀效应的处理这一重要环节，在已有研究工作的基础上对轻水堆堆芯设计中越来越突出的轴向三维非均匀性开展了针对性的研究，并建立了相应的基准问题用于验证在NGM研究中提出的方法和模型，最终形成了以径向反照率边界条件下的三维单组件均匀化模型为基础而在堆芯层面沿用粗网计算及精细功率重建模型的NGM主体技术路线。首先，本文基于半解析节块方法理论研制了NGM的堆芯计算工具PLUM程序。PLUM程序在节块展开函数部分采用了国际上比

6、较通行的半解析基函数，具体迭代求解过程则采用更具稳定性的全堆流扫描的耦合求解方式。另外，PLUM程序采用了具有较高灵活性和较好加速效率的粗网有限差分加速方法。PLUM程序基于多群理论，对多群散射矩阵进行了优化存储，同时对于多群计算时会出现的上散射问题采取了针对性的算法优化。其次，本文分别提出了用作NGM算法模型研究的单组件和小堆三维基准问题，并在基准题上开展了一系列针对性的算法模型研究，并逐渐明确了堆芯三维非均匀性的处理方法。单组件三维基准题采用实际工业设计的沸水堆组件，并模拟实际沸水堆堆内常见的轴向冷却剂密度分布；该问题的参考解通过三维输运计算程序TORT直接作三维

7、非均匀输运求解获得，同时基于两维栅元均匀化截面的三维细网扩散解也能够较好地与参考解吻合；本文还针对该基准题开展了NGM均匀化模型的研究，分析并探讨了该基准题中显著存在的轴向非均匀性以及解决该问题的策略和手段。小堆基准题由36个标准沸水堆组件构成，堆内同时存在新燃料和经过了一个循环燃耗的旧燃料，同时在径向和轴向均布置有水反射层，堆内有控制棒插入，该基准题更加接近实际反应堆状况。本文提出的NGM方法在堆芯计算部分仍然沿用粗网节块方法，但节块均匀化参数（中子截面，不连续因子）则基于特殊的非全反射边界条件下的单组件三维细网模型产生；除了用于I万方数据上海交通