基于MOC的堆芯计算方法研究

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目前反应堆系统的堆芯结构设计的越来越复杂,如设计日趋复杂的沸水堆、MOX-UO2混合装料的压水堆,堆芯中产生的局部效应更加显著,组件的中子学特性差异加剧,堆芯中中子能谱随空间的变化更加复杂。现有的“两步法”堆芯物理计算方法由于近似认为均匀化参数只是组件类型的函数而与它在堆芯的具体位置无关,计算误差已越来越大。直接求解反应堆堆芯的中子输运方程消除了“两步法”计算的主要误差,目前已得到广泛关注。特征线方法(MOC)可以求解任意几何的精细结构中子输运方程,成为堆芯输运计算的主要研究方向之一。  本文在Dragon程序基础上研究特征线方法的堆芯计算。首先针对输运方程特征线解法中源项的不同处理方法,在原有平源近似方法的Dragon程序中增加线性源近似方法,对目前广泛使用的正方形、六角形组件进行二维、三维计算以验证线性源程序的正确性和有效性;之后在对特征线参数敏感性分析和Dragon程序中特征线加速方法加速效果检验的基础上,对小型反应堆SMART进行三维堆芯计算,分析计算结果以及计算过程中需要的时间、存储空间等信息;最后针对三维堆芯计算中存在的计算时间长等问题,使用二维 MOC/一维 SN方法对输运方程进行耦合求解,研究了求解二维/一维耦合方程的计算流程,编写一维SN方法计算程序,结合Dragon程序,对SMART堆芯进行了二维MOC/一维SN耦合计算。  最终研究结果表明:线性源近似方法采用粗网格以及宽松的特征线控制参数可以获得较高的计算精度,且和平源近似方法计算精度相当的前提下,线性源近似需要更少的计算时间和存储空间,从而验证了添加到Dragon程序中的线性源近似方法是有效的;特征线控制参数中辐角求积组的选取对计算结果影响最大;Dragon程序中,特征线方法同时使用代数压缩加速方法、自碰撞再平衡方法和射线合并方法加速效果最好;特征线方法三维堆芯计算能够获得堆芯的精细中子通量分布,但计算时间很长,还不能满足工程应用,尤其长特征线方法对于堆芯计算的局限性很大;在二维/一维耦合计算中三维堆芯计算需要的计算机内存、信息存储量、计算时间都得到很明显的改善,二维/一维耦合计算使特征线方法在目前计算机条件下更加有利于堆芯计算。
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