考虑环境效应的栅元均匀化常数计算方法、系统及终端

技术领域

本发明涉及核反应堆堆芯设计和反应堆物理计算领域，更具体地说，它涉及考虑环境效应的栅元均匀化常数计算方法、系统及终端。

背景技术

压水堆堆芯一般是由数百个燃料组件和围板/反射层等复杂的结构材料组成。每个燃料组件包含有数百个不同类型的栅元，比如燃料棒栅元、可燃毒物棒栅元、水洞栅元等。另一方面，核反应堆堆芯内中子的能量分布在从裂变中子的10MeV到热中子的10

在两步法计算中，以组件均匀化理论和粗网节块方法为理论框架的两步法计算方案是目前压水堆工程计算中普遍采用的传统燃料管理数值计算方法。随着科学研究的不断深入、计算条件和对核设计计算精度要求的不断提高，传统的两步法计算方案面临着越来越严峻的挑战。首先，堆芯核设计的目标结果是三维全堆芯内的单棒功率密度分布，但在传统两步法中却先将组件内的所有燃料棒(栅元)通过均匀化技术进行统一考虑，只保证总核反应率和中子泄漏率守恒，无法区分对待每一根燃料棒，然后在全堆芯粗网节块计算之后，采用精细功率分布重构技术，拼凑组件内各个燃料棒的功率密度分布，引入了较大的误差。其次，随着新型核反应堆概念的不断提出、反应堆燃料及堆芯设计的不断革新，新一代压水堆堆芯的非均匀性变强、中子泄漏变强、燃料类型的增加使相邻组件间的中子能谱干涉效应增强等特性使得组件均匀化的传统两步法计算精度越来越无法满足工程计算精度的要求，如小型压水堆、MO

为提高堆芯设计计算精度且满足对新型反应堆堆芯计算的精度要求，全堆芯逐棒计算成为了下一代堆芯数值计算方法的研究热点。全堆芯逐棒计算是基于均匀化理论的改进型两步法计算方案，该计算方案先在全反射边界条件的单组件非均匀一步计算之后进行栅元均匀化计算，得到堆芯用的栅元均匀化常数，再由栅元均匀化的细网代替组件均匀化的粗网，采用多于两群的能群结构、低阶输运计算方法进行堆芯中子学计算。

然而，随着堆芯计算的空间网格由组件均匀化的粗网转变为栅元均匀化的细网，均匀化区域也由光厚介质转变为了光薄介质，堆芯计算在变得更为精确地同时也更为复杂。均匀化区域从光厚变成光薄，使栅格非均匀计算过程中采用的全对称边界条件近似带来的中子射流效应和中子能谱干涉效应等环境效应的影响增加，且对同一栅格内不同栅元的影响各不相同。因此，如何研究设计一种考虑环境效应的栅元均匀化常数计算方法、系统及终端是我们目前急需解决的问题。

发明内容

为解决现有技术中的不足，本发明的目的是提供考虑环境效应的栅元均匀化常数计算方法、系统及终端，能够处理在栅元均匀化常数计算过程中由全反射边界条件未考虑堆芯真实环境对均匀化截面带来的影响，从而提高栅元均匀化常数的计算精度。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

第一方面，提供了考虑环境效应的栅元均匀化常数计算方法，包括以下步骤：

根据均匀堆芯计算和非均匀栅格计算之间的特征参数守恒原则选取堆芯中子学特征；

建立不连续因子或超级均匀化因子与堆芯中子学特征的差值表；

利用全反射边界条件下各类型单组件问题计算得到的等效均匀化常数进行堆芯逐棒计算，得到各栅元中与堆芯中子学特征对应的堆芯中子学特征量；

根据差值表对堆芯中子学特征量进行多维线性插值处理，精确计算得到栅元等效均匀化少群常数。

进一步的，所述堆芯中子学特征从中子泄漏、中子转移和中子产生三种中子行为方式出发进行选取。

进一步的，所述堆芯中子学特征分为第一类特征量、第二类特征量；

第一类特征量为堆芯均匀化前后的非变化量，第一类特征量在进行堆芯逐棒计算前由各类燃料组件的栅格计算得到；

第二类特征量受堆芯逐棒计算结果影响，第二类特征量采用平均中子通量密度为一来进行归一化计算。

进一步的，所述第一类特征量包括栅元中心距、均匀化少群截面和扩散系数。

进一步的，所述第二类特征量包括中子泄漏率、栅元平均反应率。

进一步的，所述堆芯中子学特征的选取过程具体为：

式中：x

进一步的，所述差值表的建立过程具体为：

根据堆芯布置方案提取不同组件类型相邻问题，形成包括单组件、2×2组件在内的问题库；

采用组件程序对问题库中问题进行全反射边界条件下的栅格计算，产生不连续因子或超级均匀化因子与堆芯中子学特征一一对应关系，所有的对应关系集成后得到差值表。

第二方面，提供了考虑环境效应的栅元均匀化常数计算系统，包括：

选取模块，用于根据均匀堆芯计算和非均匀栅格计算之间的特征参数守恒原则选取堆芯中子学特征；

构建模块，用于建立不连续因子或超级均匀化因子与堆芯中子学特征的差值表；

计算模块，用于利用全反射边界条件下各类型单组件问题计算得到的等效均匀化常数进行堆芯逐棒计算，得到各栅元中与堆芯中子学特征对应的堆芯中子学特征量；

插值模块，用于根据差值表对堆芯中子学特征量进行多维线性插值处理，精确计算得到栅元等效均匀化少群常数。

进一步的，所述构建模块包括：

提取单元，用于根据堆芯布置方案提取不同组件类型相邻问题，形成包括单组件、2×2组件在内的问题库；

计算集成单元，用于采用组件程序对问题库中问题进行全反射边界条件下的栅格计算，产生不连续因子或超级均匀化因子与堆芯中子学特征一一对应关系，所有的对应关系集成后得到差值表。

第三方面，提供了一种计算机终端，包含存储器、处理器及存储在存储器并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如第一方面中任意一项所述的考虑环境效应的栅元均匀化常数计算方法。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明基于多维线性插值技术，建立栅元均匀化常数与中子学特征量的差值表，然后根据堆芯逐棒计算结果精确计算实际堆芯逐棒计算所需的栅元均匀化常数，有效减弱了在栅元均匀化常数计算过程中由全反射边界条件未考虑堆芯真实环境对均匀化截面带来的影响，从而提高堆芯逐棒计算精度，为全堆芯逐棒计算成为下一代主流堆芯数值计算方法提供了重要支撑作用。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1是本发明实施例中的流程图；

图2是本发明实施例中的系统框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图1-2，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1：考虑环境效应的栅元均匀化常数计算方法，如图1所示，包括以下步骤：

S1：根据均匀堆芯计算和非均匀栅格计算之间的特征参数守恒原则选取堆芯中子学特征；

S2：建立不连续因子或超级均匀化因子与堆芯中子学特征的差值表；

S3：利用全反射边界条件下各类型单组件问题计算得到的等效均匀化常数进行堆芯逐棒计算，得到各栅元中与堆芯中子学特征对应的堆芯中子学特征量；

S4：根据差值表对堆芯中子学特征量进行多维线性插值处理，精确计算得到栅元等效均匀化少群常数。

栅元均匀化常数由各类栅元均匀化截面及不连续因子或超级均匀化因子组成。在栅元均匀化理论模型中，均匀化截面的计算通过通量体积权重方法进行求解。相比于均匀化截面，单组件问题的全反射边界条件与其在真实堆芯中所处环境不同带来的环境效应对不连续因子或超级均匀化因子造成的影响显著的多，因此计算能够考虑环境效应的不连续因子或超级均匀化因子能够有效提高栅元均匀化堆芯计算精度的能力。

在堆芯各组件的真实边界条件无法提前获知的情况下，常数函数预测方法基于多维线性插值方法增强栅元等效均匀化少群常数对环境效应的辨识度，降低堆芯逐棒计算误差，其核心思想是建立不连续因子或超级均匀化因子与堆芯中子学特征量的差值表，从而根据堆芯逐棒计算结果精准计算等效均匀化少群常数。

在步骤S1中，堆芯中子学特征从中子泄漏、中子转移和中子产生三种中子行为方式出发进行选取。

根据三种中子行为方式，与之相关的堆芯中子学特征量可以分为第一类特征量和第二类特征量。第一类特征量为堆芯均匀化前后的非变化量，第一类特征量在进行堆芯逐棒计算前由各类燃料组件的栅格计算得到。第二类特征量受堆芯逐棒计算结果影响，为避免多维线性插值中各中子学特征的值相差过大带来的数值计算误差，第二类特征量采用平均中子通量密度为一来进行归一化计算。

需要说明的是，第一类特征量包括但不限于栅元中心距、均匀化少群截面和扩散系数。第二类特征量包括但不限于中子泄漏率、栅元平均反应率。

在本实施例中，堆芯中子学特征的选取过程具体为：

式中：x

在步骤S2中，差值表的建立过程具体为：根据堆芯布置方案提取不同组件类型相邻问题，形成包括单组件、2×2组件在内的问题库；采用组件程序对问题库中问题进行全反射边界条件下的栅格计算，产生不连续因子或超级均匀化因子与堆芯中子学特征一一对应关系，所有的对应关系集成后得到差值表。

实施例2：考虑环境效应的栅元均匀化常数计算系统，该计算系统用于实现实施例1中所记载的方法，如图2所示，包括选取模块、构建模块、计算模块、插值模块。

其中，选取模块，用于根据均匀堆芯计算和非均匀栅格计算之间的特征参数守恒原则选取堆芯中子学特征。构建模块，用于建立不连续因子或超级均匀化因子与堆芯中子学特征的差值表。计算模块，用于利用全反射边界条件下各类型单组件问题计算得到的等效均匀化常数进行堆芯逐棒计算，得到各栅元中与堆芯中子学特征对应的堆芯中子学特征量。插值模块，用于根据差值表对堆芯中子学特征量进行多维线性插值处理，精确计算得到栅元等效均匀化少群常数。

构建模块包括提取单元和计算集成单元。其中，提取单元，用于根据堆芯布置方案提取不同组件类型相邻问题，形成包括单组件、2×2组件在内的问题库。计算集成单元，用于采用组件程序对问题库中问题进行全反射边界条件下的栅格计算，产生不连续因子或超级均匀化因子与堆芯中子学特征一一对应关系，所有的对应关系集成后得到差值表。

工作原理：本发明基于多维线性插值技术，建立栅元均匀化常数与中子学特征量的差值表，然后根据堆芯逐棒计算结果精确计算实际堆芯逐棒计算所需的栅元均匀化常数，有效减弱了在栅元均匀化常数计算过程中由全反射边界条件未考虑堆芯真实环境对均匀化截面带来的影响，从而提高堆芯逐棒计算精度，为全堆芯逐棒计算成为下一代主流堆芯数值计算方法提供了重要支撑作用。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。