CN114840988B - 压水堆堆芯自动建模方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种压水堆堆芯自动建模方法，参照核电厂购买燃料组件时使用的类型。定义组件“型号”，建立或补充完善组件型号库；将按需“制造”的组件摆放或配插到堆芯中之后，只需要提出堆芯运行要求，即可由建模程序自动搜索并生成内核计算软件所需的输入文件、自动并发调用内核计算程序、自动完成计算结果的收集整理，实现了前台建模输入与后台计算方法实现完全脱耦，并与工程实际保持高度一致，也实现了全自动高可靠性处理和全范围高精细建模。本发明能简化建模计算流程，满足现有压水堆两步法计算程序建模计算的需求。解决了压水堆堆芯建模过程中的人员要求高、操作复杂易出错、工作效率低等问题。
Description
技术领域
本发明涉及核反应堆物理数值仿真计算领域，具体涉及一种压水堆堆芯自动建模方法。
背景技术
压水堆堆芯分析软件在商用压水堆核电站的堆芯设计、运行分析、安全审评等多个过程中起到了关键的作用。考虑到计算资源和计算代价，现有的压水堆堆芯分析软件多采用两步法技术，具体过程包括：先利用栅格计算软件，针对整个堆芯内所有不同的燃料组件横剖面(称之为燃料栅格，一般有10-100种不等)进行二维燃料栅格的建模计算，再对紧临活性区大约一个燃料组件宽度内的非活性区(称之为反射层，包括径向反射层和轴向反射层)进行反射层栅格建模计算(一般有1-40种不等)，获得每一种栅格的均匀化少群常数(包括宏观截面、重要核素的微观截面、扩散系数、不连续因子、精细功率分布形状因子等)与栅格状态参数(包括燃耗深度、硼浓度、燃料有效温度、慢化剂温度、控制棒插入/抽出的状态等)之间的离散对应关系；再利用参数化技术，按照栅格类型逐一处理，获得均匀化少群常数与栅格状态参数之间的连续函数关系，贮存起来制成少群常数库；然后利用堆芯稳态过程计算软件，在三维全堆芯范围内进行中子输运-热量传输-水力流动-核素燃耗-运行控制等多物理多尺度耦合模拟与分析，获得稳态过程的仿真结果，并为极短时间的瞬态过程仿真提供数据基础；利用堆芯瞬态过程计算软件，在区分瞬发中子与缓发中子的条件下，完成瞬态过程的多物理多尺度耦合模拟与分析，获得瞬态过程的仿真结果。
上述传统建模方式要求用户不仅要输入堆芯实体参数，还需要了解两步法，才能安排好两个程序的建模计算任务，整个过程复杂繁琐、手动操作特别多、效率低下、容易出错却极难查错。同时，在建模过程中，尚有大量建模分析经验，仍主要通过手把手教学的方式在传承，建模计算的学习成本很高。
因此，针对以上提到的问题，需要发明一种效率更高，能够充分利用已有经验、不再要求软件用户必须掌握方法理论的自动建模方法。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种压水堆堆芯自动建模方法，提高压水堆两步法计算程序建模的效率，实现专家建模经验的信息化，降低建模过程的出错率，保证建模计算的可靠性和精度。
为了实现上述目的，本发明采取了以下技术方案：
一种压水堆堆芯自动建模方法，包括如下步骤：
步骤1：用户建立或补充完善组件型号库：参照核电厂购买燃料组件时使用的类型，定义组件“型号”，并按照实际需求，把允许定义的组件型号分为5种，分别为燃料组件、探测器组件、分离式可燃毒物组件、控制棒组件和阻力塞组件，其中，探测器组件、分离式可燃毒物组件、控制棒组件、阻力塞组件称为相关组件；将每种组件型号的几何结构尺寸和材料构成参数保存在“型号文件”中，所有组件型号文件构成组件型号数据库；
步骤2：用户按照建立核反应堆堆芯方案的需求，依据步骤1给出的组件型号文件作为模板，定义实际摆放到堆芯中的组件，并逐一命名；
步骤3：用户将步骤2定义的实际摆放到堆芯中的组件，按照命名，填写到堆芯布置中进行摆放；将燃料组件与相关组件摆放在同一个位置，意味着实际上是将同一位置的燃料组件和相关组件配插在一起；
步骤4：用户设置堆芯的运行参数，包括控制棒分组方式、控制棒移动、化学可溶硼浓度、堆芯压力、运行时间、功率水平、冷却剂入口温度和冷却剂入口流量；
步骤5：根据步骤3中实际摆放到堆芯中的组件的布置，完成组件实体插配；再针对堆芯内所有位置上的组件找出所有不同类型的组件横剖面(称之为燃料栅格)，通过旋转和折叠对称性判断尽可能减少燃料栅格数量；然后，将径向反射层区域的横向剖面和轴向反射层区域的纵向剖面均划分成与燃料栅格等大的若干个区域，将每一个区域都作为一个反射层栅格，并与堆芯内使用次数最多的燃料栅格直接拼接在一起，构成反射层超栅格；最后，对所有燃料栅格和反射层超栅格，依据其几何参数和材料参数，生成二维栅格计算程序所需的输入文件；
步骤6：调用二维栅格计算程序，通过并发计算，完成所有的燃料栅格和反射层超栅格计算，并根据栅格计算中的工况点，选取燃耗深度Bu，硼浓度CB，燃料温度Tf，慢化剂温度Tm作为状态参数，以Σ＝f1(Bu,CB,Tm)+f2(Bu,Tf)的形式进行少群参数参数化计算；将计算结果存为少群常数库；其中Σ为少群常数，f1和f2为待定系数的多项式；
步骤7：根据步骤3中组件实体的布置，生成堆芯稳态和瞬态计算软件所需的输入文件：根据堆芯中的组件布置和运行方式，结合步骤5选出的燃料栅格和反射层超栅格类型，得出三维堆芯各空间位置与少群常数库的对应关系，根据上述对应关系，生成堆芯稳态和瞬态计算软件所需的输入文件；
步骤8：调用堆芯稳态和瞬态计算软件进行计算，并完成计算结果的收集和整理，将计算结果绘制为图表，方便用户查看。
与现有技术相比，本发明有如下突出优点：
1.前台建模输入与后台计算方法实现完全脱耦，前台与工程实际保持高度一致。通过自动建模的方式实现了专家经验的信息化，用户建模时只需按照肉眼所见的实体完成对压水堆堆芯布置及运行需求的数据描述，即可开展堆芯计算分析，而无需了解具体计算方法的理论。
2.全自动高可靠性处理。用户只需要完成堆芯描述，之后的建模处理、内核程序大量输入文件的填写、所有内核程序的运行调用、中间数据文件的转移和拼接、最终计算结果的整理等所有操作，均由建模程序自动完成，提高了建模计算效率，降低了建模过程的出错率，保证了建模的可靠性。
3.全范围高精细建模。通过建模规则的程序化，实现了对全堆几何与材料的高精度建模处理。包括燃料组件中燃料棒与水隙的精确刻画，以及其他复杂结构精细建模，如格架与慢化剂材料的自动化打混处理，围板、吊篮、中子屏蔽体等结构的自动化精细化建模等。减低建模复杂度的同时保证了建模的精度，能更好的满足工程实际需求。
总的来说，本发明是一种高效可靠、可满足现有压水堆两步法计算程序建模计算的方法。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明：
一种压水堆堆芯自动建模方法，包括如下步骤：
步骤1：用户建立或补充完善组件型号库：参照核电厂购买燃料组件时使用的类型，定义组件“型号”，并按照实际需求，把允许定义的组件型号分为5种，分别为燃料组件、探测器组件、分离式可燃毒物组件、控制棒组件和阻力塞组件。其中，探测器组件、分离式可燃毒物组件、控制棒组件、阻力塞组件称为相关组件。将每种组件型号的几何结构尺寸和材料构成参数保存在“型号文件”中，所有组件型号文件构成组件型号数据库。
步骤2：用户按照建立核反应堆堆芯方案的需求，依据步骤1给出的组件型号文件作为模板，定义实际摆放到堆芯中的组件，并逐一命名；
步骤3：用户将步骤2定义的实际摆放到堆芯中的组件，按照命名，填写到堆芯布置中进行摆放。可以将燃料组件与相关组件摆放在同一个位置，意味着实际上是将同一位置的燃料组件和相关组件配插在一起，比如燃料组件中配插分离式可燃毒物组件，或者燃料组件中配插阻力塞组件。
步骤4：用户设置堆芯的运行参数，包括控制棒分组方式、控制棒移动、化学可溶硼浓度、堆芯压力、运行时间、功率水平、冷却剂入口温度、冷却剂入口流量。
步骤5：根据步骤3中实际摆放到堆芯中的组件的布置，完成组件实体插配，如将分离式可燃毒物组件插配到燃料组件实体的导向管中，得到带毒物的燃料组件；再针对堆芯内所有位置上的组件找出所有不同类型的组件横剖面(称之为燃料栅格)，通过旋转和折叠对称性判断尽可能减少燃料栅格数量；然后，将径向反射层区域的横向剖面和轴向反射层区域的纵向剖面均划分成与燃料栅格等大的若干个区域，将每一个区域都作为一个反射层栅格，并与堆芯内使用次数最多的燃料栅格直接拼接在一起，构成反射层超栅格；最后，对所有燃料栅格和反射层超栅格，依据其几何参数和材料参数，生成二维栅格计算程序所需的输入文件。
步骤6：调用二维栅格计算程序，通过并发计算，完成所有的燃料栅格和反射层超栅格计算，并根据栅格计算中的工况点，选取燃耗深度Bu，硼浓度CB，燃料温度Tf，慢化剂温度Tm作为状态参数，以Σ＝f1(Bu,CB,Tm)+f2(Bu,Tf)的形式进行少群参数参数化计算。将计算结果存为少群常数库。其中Σ为少群常数，f1和f2待定系数的多项式。
步骤7：根据步骤3中组件实体的布置，生成堆芯稳态和瞬态计算软件所需的输入文件：根据堆芯中的组件布置和运行方式，结合步骤5选出的燃料栅格和反射层超栅格类型，得出三维堆芯各空间位置与少群常数库的对应关系，根据上述对应关系，生成堆芯稳态和瞬态计算软件所需的输入文件。
步骤8：调用堆芯稳态和瞬态计算软件进行计算，并完成计算结果的收集和整理，将计算结果绘制为图表，方便用户查看。
Claims (1)
1.一种压水堆堆芯自动建模方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1：用户建立或补充完善组件型号库：参照核电厂购买燃料组件时使用的类型，定义组件“型号”，并按照实际需求，把允许定义的组件型号分为5种，分别为燃料组件、探测器组件、分离式可燃毒物组件、控制棒组件和阻力塞组件，其中，探测器组件、分离式可燃毒物组件、控制棒组件、阻力塞组件称为相关组件；将每种组件型号的几何结构尺寸和材料构成参数保存在“型号文件”中，所有组件型号文件构成组件型号数据库；
步骤2：用户按照建立核反应堆堆芯方案的需求，依据步骤1给出的组件型号文件作为模板，定义实际摆放到堆芯中的组件，并逐一命名；
步骤3：用户将步骤2定义的实际摆放到堆芯中的组件，按照命名，填写到堆芯布置中进行摆放；将燃料组件与相关组件摆放在同一个位置，意味着实际上是将同一位置的燃料组件和相关组件配插在一起；
步骤4：用户设置堆芯的运行参数，包括控制棒分组方式、控制棒移动、化学可溶硼浓度、堆芯压力、运行时间、功率水平、冷却剂入口温度和冷却剂入口流量；
步骤5：根据步骤3中实际摆放到堆芯中的组件的布置，完成组件实体插配；再针对堆芯内所有位置上的组件找出所有不同类型的组件横剖面称之为燃料栅格，通过旋转和折叠对称性判断尽可能减少燃料栅格数量；然后，将径向反射层区域的横向剖面和轴向反射层区域的纵向剖面均划分成与燃料栅格等大的若干个区域，将每一个区域都作为一个反射层栅格，并与堆芯内使用次数最多的燃料栅格直接拼接在一起，构成反射层超栅格；最后，对所有燃料栅格和反射层超栅格，依据其几何参数和材料参数，生成二维栅格计算程序所需的输入文件；
步骤6：调用二维栅格计算程序，通过并发计算，完成所有的燃料栅格和反射层超栅格计算，并根据栅格计算中的工况点，选取燃耗深度Bu，硼浓度CB，燃料温度Tf，慢化剂温度Tm作为状态参数，以Σ＝f1(Bu,CB,Tm)+f2(Bu,Tf)的形式进行少群参数参数化计算；将计算结果存为少群常数库；其中Σ为少群常数，f1和f2待定系数的多项式；
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| CN113094947A (zh) * | 2021-03-29 | 2021-07-09 | 西安交通大学 | 一种核反应堆堆芯核热耦合分析方法 |
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