一種燃料組件精細功率重構方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及核設計技術領域，尤其涉及一種燃料組件精細功率重構方法。
【背景技術】
[0002] 反應堆燃料管理計算需要頻繁求解多維中子擴散方程。在早期設計軟件中采用有 限差分方法進行求解，由于當時計算機性能有限，同時采用有限差分方法需要建立105~ 106個網格，運算效率低下，因此國際上輕水堆工程中普遍采用的主流堆芯設計軟件，如法 國AREVA的SMART軟件，美國西屋公司的ANC軟件，包括中科華核電技術研究院自主研發的 COCO軟件，都是基于節塊法，以實現較高效率的堆芯中子通量及功率的計算。
[0003] 節塊法通常采用一個組件或四分之一個組件作為計算網格，這樣網格數將大大減 少，從而提高效率，但采用節塊法只能給出節塊的平均功率，為得到燃料組件或節塊內功率 的精細分布，通常采用二維多項式展開擬合的方式，即利用節塊法得到的節塊平均通量、面 平均通量、面中子流等信息，進行精細功率重構，得到均勻節塊中的通量分布。
[0004] 對于絕大部分壓水堆問題，傳統"精細功率重構方法"得到的計算結果精度基本可 以接受，但是在針對一些徑向或軸向非均勻性較強、通量分布傾斜較大的問題(如小型堆、 反射層問題），由于較大的均勻化網格、少群的能群結構等原因，傳統的功率重構方法將會 產生較大誤差。由于反應堆的安全性和經濟性需求，未來堆芯設計變得越來越復雜。如目前 使用的商用沸水堆，不僅在徑向包含了寬窄水隙，而且軸向冷卻劑密度變化數十倍于壓水 堆，三維非均勻性十分強烈;而且為了進一步提高燃料利用效率，壓水堆可能采用不同型號 組件進行混合裝載，組件之間能譜的巨大差異導致即使在堆芯的徑向，也存在著十分強烈 的非均勻性，因此在這種情況下使用基于傳統精細功率重構方法在計算精度上無法達到要 求。
[0005] 精細功率重構作為粗網堆芯計算之后獲得堆芯棒功率分布，得到堆芯熱點因子等 關鍵參數的最后一步，其計算精度直接影響了堆芯計算分析方法的精度，對于堆芯設計和 安全分析都至關重要。因此如果能夠提出新的方法，提升傳統功率重構方法的計算精度，對 于核設計有重要意義。
【發明內容】
[0006] 本發明所要解決的技術問題在于，提供一種能顯著提高計算精確度和計算速度的 燃料組件精細功率重構方法。
[0007] 為了解決上述技術問題，本發明提供一種燃料組件精細功率重構方法，包括：
[0008] 步驟S1，通過節塊法計算獲得快群和熱群節塊體積通量、節塊四個面中子通量、中 子流、四個角點的中子通量共13個邊界條件，以及節塊X，y向橫向一維積分中子通量展開函 數；
[0009] 步驟S2,獲得基于正交函數族基函數的快群中子通量分布展開函數和熱群中子通 量分布展開函數；
[0010] 步驟S3，增加4個邊界條件，并對快群中子通量分布展開函數和熱群中子通量分布 展開函數進行雙向積分，獲得受權重函數約束的中子通量分布；
[0011] 步驟S4，根據步驟S1獲得的13個邊界條件以及步驟S3獲得的受權重函數約束的中 子通量分布，計算快群和熱群中子均勻通量分布的17階展開系數；
[0012] 步驟S5,根據快群和熱群中子均勻通量分布的17階展開系數，獲取燃料組件精細 功率分布。
[0013] 其中，所述步驟S2具體包括:利用符合正交函數族概念的基函數取代節塊法中快 群展開函數的基函數，熱群展開函數基函數采用節塊法中快群展開函數的基函數。
[0014] 其中，所述步驟S3中增加的4個邊界條件獨立于所述步驟S1獲得的13個邊界條件， 為隨節塊坐標變化較大的高階多項式。
[0015] 其中，所述步驟S3包括:對x，y向半節塊的中子通量分別進行雙向積分。
[0016] 其中，所述步驟S5具體包括：
[0017] 將所述快群和熱群中子均勻通量分布的17階展開系數與中子通量密度形狀函數 調制，得到最終的非均勻節塊精細中心通量分布后，乘以對應的中子俘獲與裂變截面與能 量釋放系數，處理得到燃料組件精細功率分布。
[0018] 本發明實施例的有益效果在于，本發明對傳統方法基函數進行優化，采用正交函 數族作為展開函數基函數，利用節塊法求得的一維橫向積分通量建立方程，結合權重法對 節塊展開函數進行雙向半節塊積分，以得到更接近真實結果的精細功率分布，能顯著提高 計算效率，計算簡便，易于代碼重構。本發明的重構結果與節塊橫向積分通量積分結果在高 階上吻合，并建立新的邊界條件，精度很高，在針對一些徑向或軸向非均勻性較強、通量分 布傾斜較大的問題(如小型堆、反射層問題)可以得到更精確的精細功率分布結果。
【附圖說明】
[0019] 為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現 有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以 根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0020] 圖1是本發明實施例一種燃料組件精細功率重構方法的流程示意圖。
[0021 ]圖2是本發明實施例中13項展開系數與17項展開系數示意圖。
[0022]圖3是本發明實施例中半節塊積分示意圖。
【具體實施方式】
[0023]以下各實施例的說明是參考附圖，用以示例本發明可以用以實施的特定實施例。 [0024]請參照圖1所示，本發明實施例提供一種燃料組件精細功率重構方法，包括：
[0025]步驟S1，通過節塊法計算獲得快群和熱群節塊體積通量、節塊四個面中子通量、中 子流、四個角點的中子通量共13個邊界條件，以及節塊X，y向橫向一維積分中子通量展開函 數；
[0026] 步驟S2,獲得基于正交函數族基函數的快群中子通量分布展開函數和熱群中子通 量分布展開函數；
[0027] 步驟S3,增加4個邊界條件，并對快群中子通量分布展開函數和熱群中子通量分布 展開函數進行雙向積分，獲得受權重函數約束的中子通量分布；
[0028] 步驟S4，根據步驟S1獲得的13個邊界條件以及步驟S3獲得的受權重函數約束的中 子通量分布，計算快群和熱群中子均勻通量分布的17階展開系數；
[0029] 步驟S5,根據快群和熱群中子均勻通量分布的17階展開系數，獲取燃料組件精細 功率分布。
[0030] 以下對各步驟分別進行詳細說明。
[0031] 步驟S1中，與節塊法相同，將堆芯分為若干個節塊，以一個燃料組件或四分之一個 燃料組件為單位，運用橫向積分技巧，將三維問題轉為一維問題，進行迭代計算直至收斂， 求得兩群節塊體積通量，節塊四個面中子通量、中子流，以及四個角點的中子通量共13個邊 界條件，并求得節塊X，y向橫向一維積分中子通量展開函數。
[0035] 公式（1)中：[0036] X為重構幾何下的歸一化坐標；[0037] g表示能群；[0038] 表示第g群m節塊的平均中子通量密度(cn^s"1);
[0032] 需要說明的是，在節塊法中采用剩余權重法數值求解積分方程和中子流耦合方程 時，將偏中子通量、中子源項和泄漏項在節塊內用符合正交函數族的基函數展開近似處理， 可得：
[0033]
[0034]
[0039] 表示第g群m節塊的平均中子源；
[0040] 表示第g群m節塊在u方向的平均泄漏；
[0041 ] 為g群m節塊X方向的橫向一維積分通量分布
[0042] <<>)求解方法同<(z)。
[0043] 步驟S2中，利用符合正交函數族概念的基函數取代傳統節塊法中快群展開函數的 基函數，熱群展開函數基函數不變，
[0044] 即快群和熱群中子通量展開函數采用通用的公式(2)的形式：
妒(.）
[0045
[0046
[0047
[0048]基于正交函數族概念，設定P〇(x) = l，Pi(x)=x，根??
方程
[0051] 組，可求得公式(3)的一組解，Ρο(Χ)-Ρ4(χ)是快群中子通量展開函數的基函數：[0049] P〇(x) = 1,[0050] Ρι(χ)=χ,
[0052]
[0053] (3)
[0054] 而熱群展開函數基函數則采用公式(4)，符合正交函數族概念，Fo(X)-F4(X)是熱群 中子通量展開函數的基函數：
[0055] Fo(x) = l
[0056] F1(x) = sinh(Cux)
[0057] F2(x) = cosh(GuX)
[0058] F3(x) = sinh(2GuX)
[0059] F4(x) = cosh(2GuX) (4)
[0060] 式中：
ΣΓΓ為熱群吸收截面（cnf1)，￥~為中子擴散系數（cm -1)
,Σ：Γ為熱群吸收截面(cnf1)，％"為中子擴散系數(cnf 1)。
[0061] 由于傳統功率重構方法有13個未知量(13個邊界條件），涉及到13X13維度的矩陣 高斯消元求解，其中四個角點通量邊界條件需要聯系角點周邊四個節塊共32個方程，SP32 X 32維度矩陣高斯消元求解，對軟件開發帶來一定復雜度，對計算機性能要求較高。在核設 計中需要頻繁迭代計算組件內精細功率，因此如果能使矩陣內含零元素增多，則可以實現 提升軟件計算效率，具有一定工程