【摘要】：中子動力學是反應堆安全分析十分重要的組成部分。時空動力學求解耗時,而且通常求解采用步進方式,難以利用計算機多核特點。行波堆是一種新型先進的反應堆,具有增殖性能好,可充分利用天然鈾或貧鈾,鈾資源利用率高等特點。本文以中子時空動力學和行波堆為研究對象,開展中子時空動力學時間方法研究和行波堆瞬態(tài)特性分析。主要研究內(nèi)容有:首先,開展了中子時空動力學的理論數(shù)值研究。研究了向后Euler方法和向后微分公式等四種常見離散格式在中子動力學中的應用。在向后微分公式中,采用一種新的時間步自適應格式,改善計算效率。數(shù)值結(jié)果表明,采用自適應的向后微分公式具有較好的計算精度和效率。其次,研究了時間并行算法Parareal在中子時空動力學方法的應用。傳統(tǒng)的時間離散格式通常是一步一步向前推進的串行模式,難以利用現(xiàn)有計算機多核特點。并行Parareal算法采用兩套粗細時間網(wǎng)格,提出一種粗細網(wǎng)格上的修正策略,可獲得快速收斂。基于MPI并行編程環(huán)境,研究主從模式和分布式模式兩種方式下的Parareal算法的并行實現(xiàn),數(shù)值結(jié)果表明分布式模式的Parareal比主從模式具有更好的加速效果。結(jié)合Parareal算法和一個時間步內(nèi)的加速,提出MPI-OpenMP混合加速方式,進一步提高了加速效果。再次,研究了快堆堆芯的物理-熱工水力耦合研究。首先在子通道COBRA原有的模塊中增加了液態(tài)金屬鈉的物性關(guān)系和換熱模型。針對快堆的反應性反饋特點,采用了事先生成包含足夠大范圍的燃料溫度和冷卻劑溫度的組件截面庫與節(jié)塊網(wǎng)格尺寸動態(tài)變化相結(jié)合的處理方式。耦合中子動力學程序和程序COBRA,開發(fā)了堆芯物理熱工耦合程序HEXCOB。用自適應時間步的二階向后微分公式和Parareal算法加速程序HEXCOB的計算。數(shù)值計算結(jié)果檢驗了程序的可靠性。最后,利用堆芯物理熱工水力耦合程序研究了行波堆的瞬態(tài)特性。在滿功率和0.1%滿功率下控制棒失控抽出堆芯以及不同價值的控制棒落入堆芯等瞬態(tài)過程中,分析了最大包殼溫度和燃料中心溫度等是否滿足相應的安全準則。模擬結(jié)果表明,在有保護措施的情況下,堆芯燃料溫度和包殼溫度等滿足相關(guān)安全準則。
【學位授予單位】：清華大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TL351.1

【參考文獻】

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本文編號：2638270