【摘要】：反應(yīng)堆堆芯內(nèi)存在中子學(xué)與熱工水力之間強烈的反饋機制,反應(yīng)堆物理-熱工耦合能夠準確獲取穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)運行時的中子學(xué)、熱工參數(shù)分布,提高安全設(shè)計的準確性,降低安全裕量,提高經(jīng)濟性,對反應(yīng)堆設(shè)計和分析的有著重要意義。堆芯內(nèi)裂變功率的分布決定了熱工水力參數(shù)的變化,同時熱工水力參數(shù)的分布又會通過慢化劑溫度效應(yīng)和燃料多普勒效應(yīng)來影響反應(yīng)性的變化。在研究物理與熱工水力之間的復(fù)雜反饋機制過程中,多種耦合方法和耦合程序不斷發(fā)展和完善。使用蒙特卡洛(MC)程序,能夠適用于復(fù)雜的幾何,具備大量的點截面數(shù)據(jù)庫,而CFD程序基于第一原理,可以精細求解,數(shù)據(jù)準確,能夠更好的分析反應(yīng)堆特性。本文采用這兩種程序開展反應(yīng)堆物理-熱工水力程序之間的耦合研究。使用這兩種程序進行耦合研究需要對物理模型和熱工水力模型進行分開建模,然后進行網(wǎng)格匹配,網(wǎng)格劃分尺度會影響計算精度和計算時間。本文以成熟可靠的蒙特卡羅軟件MCNP5和計算流體力學(xué)軟件FLUENT為研究對象,開展耦合過程中網(wǎng)格尺度優(yōu)化研究,分析不同網(wǎng)格尺度對計算結(jié)果的影響,得到最適合的物理-熱工耦合的網(wǎng)格尺度,提出針對壓水堆組件建模過程中的網(wǎng)格優(yōu)化方案,并建立模型對其結(jié)果進行驗證。JMCT是具備物理計算精細以及幾何描述精確的中子-光子耦合蒙特卡羅粒子輸運模擬軟件。由本文以國產(chǎn)自主化的蒙特卡羅軟件JMCT2.2和計算流體力學(xué)力學(xué)軟件FLUENT6.3.26為基礎(chǔ),使用C++語言,通過外耦合方式,開發(fā)了耦合程序,用Tally6卡對裂變沉積能進行計數(shù)。通過接口程序?qū)Τ练e能進行提取并轉(zhuǎn)化為功率密度并導(dǎo)出,通過FLUENT的UDF函數(shù),完成功率的導(dǎo)入,密度和溫度的輸出。通過網(wǎng)格優(yōu)化的結(jié)果,對典型的壓水堆模型進行建模分析,發(fā)現(xiàn)使用溫度和密度作為中子學(xué)模型網(wǎng)格尺度的選取準則,能夠大幅度減少建模工作量,提高計算效率并保證計算精度。通過對比JMCT-FLUENT耦合計算結(jié)果與MCNP-FLUENT耦合計算結(jié)果,并分析每個網(wǎng)格計算得到的功率與溫度分布情況,以及整體模型的計算結(jié)果評價,初步評價JMCT與FLUENT程序耦合的準確性。發(fā)現(xiàn)JMCT-FLUENT耦合能夠準確的引入溫度和密度的反饋,并能準確的計算出反應(yīng)堆內(nèi)的參數(shù)。
【學(xué)位授予單位】：中國工程物理研究院
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TL33
【圖文】：

源參數(shù)選樣邐碰撞距離確邐探測器計數(shù)邐確定碰撞反邐計算碰撞后的中逡逑（１）邐＋邋定（２）邐—邐（３）—應(yīng)參數(shù)（３）—邐子參數(shù)（２）逡逑圖２．１中子輸運隨機模擬流程逡逑從（２）到（５）循環(huán)直到中子參數(shù)滿足預(yù)設(shè)結(jié)束條件為止。這些條件包括：邊界條件、逡逑能量限、時間限和權(quán)截斷限［２３］。這是一個中子的循環(huán)過程，蒙特卡羅法通過隨機數(shù)的逡逑１０逡逑

熱工水力學(xué)程序計算前，根據(jù)物理模型計算的功率分布，對每個網(wǎng)格的熱賦值。逡逑ＣＴ和ＦＬＵＥＮＴ之間的數(shù)據(jù)接口需要完成圖（３．１）所示功能，首先用戶需要對逡逑Ｔ和ＪＭＣＴ建立好模型，并建立好物理模型網(wǎng)格與熱工水力模型之間的映射后輸入一些必要信息，比如工作路徑、文件名、收斂參數(shù)等信息。一般情況Ｔ程序開始第一步計算，計算完成之后，由程序?qū)ⅲ剩停茫暂敵鑫募袞旁倪^歸一化因子轉(zhuǎn)化為功率密度分布，再通過ＵＤＦ傳遞給熱工水力模型每個成體積熱源。ＦＬＵＥＮＴ計算完成之后，輸出網(wǎng)格的密度和溫度分布，通過用序（ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）重新編寫ＪＭＣＴ的模型文件（ＧＤＭＬ），改變每個幾何塊中的密度度參數(shù)，以及截面信息，從而完成一次耦合過程的數(shù)據(jù)傳遞。逡逑

邐ＩＮＴＥＲＦＡＣＥ邐熱工水力學(xué)模塊逡逑圖３．１數(shù)據(jù)交換示意圖逡逑３．１．２網(wǎng)格匹配逡逑網(wǎng)格匹配是連接物理模型和熱工水力學(xué)模型的橋梁。網(wǎng)格匹配方式可分為兩種方逡逑式：一一映射方式和體積權(quán)重方式［１（）］。一一映射的方式通過中子學(xué)模型和熱工水力逡逑學(xué)模型使用同一套網(wǎng)格，如圖（３．２ａ）所示，然后將每一個網(wǎng)格進行一一匹配。使用一一逡逑映射的方式，不需要體積權(quán)重處理，具備很高的精度，但是對于中子學(xué)程序，其網(wǎng)格逡逑劃分程序不如ＣＦＤ那樣靈活，尤其是在邊界層部分。如果使用同一套網(wǎng)格，ＣＦＤ模型逡逑網(wǎng)格質(zhì)量差，收斂慢并且計算誤差很大。逡逑體積權(quán)重方式如圖（３．２ｂ）所示，采用體積對參數(shù)進行加權(quán)，對于熱工網(wǎng)格１處的熱逡逑源分布，因為其包含在物理網(wǎng)格１處，所以其物理參數(shù)等于物理網(wǎng)格１中的參數(shù)；對逡逑于物理網(wǎng)格１處的溫度以及密度參數(shù)，因為其區(qū)域包含了熱工網(wǎng)格的１、２、４、５處的逡逑１９逡逑

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