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一种获取六角形几何压水堆 堆芯反射层参数的方法

阅读：1030发布：2020-05-26

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权利要求

1.一种获取六角形几何压水堆堆芯反射层参数的方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1：读取压水堆堆芯几何尺寸，根据围板、吊篮结构材料的大小确认反射层模型建模的区域，并根据燃料组件对边距划分六角形节块；
步骤2：根据步骤1中划分的六角形节块，对处于堆芯不同位置的反射层组件按相对燃料组件的距离划分为紧贴燃料组件与非紧贴燃料组件的两类反射层节块，其中，由于非紧贴燃料组件的反射层节块相对于紧贴燃料组件的反射层节块的通量水平要低，建立二维模型时只要将其包含在另一个紧贴燃料组件的反射层节块的计算模型中即可；以下简称为中心反射层节块，非紧贴燃料组件的反射层节块称为非中心反射层节块，对于紧贴燃料组件的反射层节块，则根据紧贴排布的燃料组件个数分为单面紧贴燃料的中心反射层节块、两面紧贴燃料的中心反射层节块和三面紧贴燃料的中心反射层节块；
步骤3：对于步骤2划分出的反射层节块，根据实际堆芯中燃料组件的对边距的大小，确认反射层模型中燃料组件的个数与排数，沿堆芯径向辐射方向的燃料组件节块的排数不少于下式中确定的N：
式中，P为燃料组件对边距，cm；N最终取值范围在1～4之间；至此，应包含在一个六角形几何压水堆反射层模型内的六角形节块包含以下三类：中心反射层节块一个；非中心反射层节块若干；燃料组件节块若干；
步骤4：将步骤3中的三类六角形节块以中心反射层六角形节块为中心，参照实际堆芯布置进行六角形阵列排布，堆芯径向辐射方向必须包含步骤3中确认的燃料组件排数；堆芯周向则根据六角形组件压水堆燃料管理计算程序的几何处理能力，权衡计算效率与精度进行反射层模型建模；
步骤5：根据压水堆堆芯的几何结构与材料布置，精确描述各节块内的非均匀几何；至此，六角形几何压水堆的反射层组件二维模型建立完毕；基于此模型进行非均匀输运计算，获得所需的各个反射层节块的中子通量密度随空间、能量的分布；
步骤6：由步骤5中获得的中子通量密度随空间、能量的分布，根据等效均匀化常数计算的三大守恒条件即各能群的反应率守恒、节块的各个界面上的界面净流守恒和反应堆的特征值守恒获得均匀化少群截面，并根据不连续因子的定义求得相应反射层组件的不连续因子。

说明书全文

一种获取六角形几何压水堆 堆芯反射层参数的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及核反应堆堆芯核设计及安全领域，具体涉及一种获取六角形几何压水堆堆芯反射层参数的方法。

背景技术

[0002] 随着核电行业的不断发展，各种新式堆型蓬勃发展，但商业应用最广泛的还是压水堆。相比于快中子堆，压水堆作为一种热谱堆芯，具有中子自由程较短，中子能谱较软，各向异性较不明显等特点。因此，传统的压水堆燃料管理计算程序多采用“两步法”对压水堆运行的过程进行模拟仿真，继而保证堆芯运行的安全。“两步法”，是指先对采用了反射边界条件的单个或多个组件进行非均匀输运计算，获得该问题的精细中子能谱，再藉由该能谱进行空间归并能群压缩获得组件大小节块的等效均匀化常数；通过第一步获得的不同节块不同状态点建立的少群参数库，对整个堆芯进行低价扩散计算。

[0003] “两步法”中，较为关键的一个环节，即是反射层参数的获取。在较为合适的计算条件下获得较为精确的反射层参数，对于堆芯组件功率分布，有效增殖因子等各类参数的计算有着极为重要的影响。然而，随着针对不同用途的核设计的不断提出，压水堆组件不再局限于传统的矩形设计，六角形组件式堆芯也有着愈来愈广泛的应用。

[0004] 传统压水堆“两步法”计算中，多采用一维反射层模型。在传统压水堆堆芯内，大多数反射层组件只有一个面与燃料组件交界，一维模型已能保证足够精度；然而，在六角形组件式堆芯中，只有极少数反射层组件仅有一面挨着燃料组件，很多有两个面与燃料组件交界，甚至六个边界面中的三个都紧挨着不同的燃料组件。因此，沿用传统一维反射层模型对六角形组件式压水堆堆芯来说，是不适用的。一种考虑了堆芯几何材料布置的二维反射层组件计算方法能够有效的完成对六角形几何压水堆的“两步法”模拟与计算。

发明内容

[0005] 为了克服上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种获取六角形几何压水堆堆芯反射层参数的方法，针对六角形组件式压水堆的几何及材料特性，对堆芯不同位置处的反射层组件进行建模并计算出相应的少群均匀化常数，为下游堆芯计算提供了条件。

[0006] 为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案予以实施：

[0007] 一种获取六角形几何压水堆堆芯反射层参数的方法，包括如下步骤：

[0008] 步骤1：读取压水堆堆芯几何尺寸，根据围板、吊篮结构材料的大小确认反射层模型建模的区域，并根据燃料组件对边距划分六角形节块；

[0009] 步骤2：根据步骤1中划分的六角形节块，对处于堆芯不同位置的反射层组件按相对燃料组件的距离划分为紧贴燃料组件与非紧贴燃料组件的两类反射层节块，其中，由于非紧贴燃料组件的反射层节块相对于紧贴燃料组件的反射层节块的通量水平要低，建立二维模型时只要将其包含在另一个紧贴燃料组件的反射层节块的计算模型中即可；对于紧贴燃料组件的反射层节块(以下简称为中心反射层节块，非紧贴燃料组件的反射层节块称为非中心反射层节块)则根据紧贴排布的燃料组件个数分为单面紧贴燃料的中心反射层节块、两面紧贴燃料的中心反射层节块和三面紧贴燃料的中心反射层节块；

[0010] 步骤3：对于步骤2划分出的反射层节块，根据实际堆芯中燃料组件的对边距的大小，确认反射层模型中燃料组件的个数与排数；沿堆芯径向辐射方向要包含一至四层燃料组件(实际堆芯内装填的燃料组件对边距越小，反射层模型中应包含的燃料组件越多)；至此，应包含在一个六角形几何压水堆反射层模型内的六角形节块包含以下三类：中心反射层节块一个；非中心反射层节块若干；燃料组件节块若干；

[0011] 步骤4：将步骤3中的三类六角形节块以中心反射层六角形节块为中心，参照实际堆芯布置进行六角形阵列排布，堆芯径向辐射方向必须包含步骤3中确认的燃料组件排数；堆芯周向则根据六角形组件压水堆燃料管理计算程序的几何处理能力，权衡计算效率与精度(模型内的节块数越多，越接近实际堆芯布置，越精确)进行反射层模型建模；

[0012] 步骤5：根据压水堆堆芯的几何结构与材料布置，精确描述各节块内的非均匀几何；至此，六角形几何压水堆的反射层组件二维模型建立完毕；基于此模型进行非均匀输运计算，获得所需的各个反射层节块的中子通量密度随空间、能量的分布；

[0013] 步骤6：由步骤5中获得的中子通量密度随空间、能量的分布，根据等效均匀化常数计算的三大守恒条件(各能群的反应率守恒、节块的各个界面上的界面净流守恒和反应堆的特征值守恒)获得均匀化少群截面，并根据不连续因子的定义求得相应反射层组件的不连续因子。

[0014] 与现有技术相比，本发明有如下突出优点：

[0015] 考虑处于不同堆芯位置的反射层组件能谱受燃料组件的影响，并根据压水堆堆芯特性考虑了模型中燃料组件的数目及厚度，使最终获得的反射层组件能谱相较于简单的一维模型更为接近真实堆芯的实际能谱。附图说明

[0016] 图1是本发明方法流程图。

[0017] 图2是十二分之一堆芯示意图。

[0018] 图3是六角形几何压水堆堆芯节块划分示意图。

[0019] 图4是二维反射层模型示意图。

具体实施方式

[0020] 下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。

[0021] 具体步骤如图1所示。本发明是一种获取六角形几何压水堆堆芯反射层参数的方法，主要包括六角形节块的划分与分类、燃料组件节块数目的选取以及二维反射层组件模型的建立，具体步骤如下：

[0022] 1：读取压水堆堆芯几何尺寸，根据围板、吊篮等结构材料的大小确认反射层建模的区域(以田湾核电引进的俄罗斯VVER-1000为例，堆芯布置见图2)，并根据燃料组件对边距划分六角形节块；

[0023] 2：根据1中划分的六角形节块，对处于堆芯不同位置的反射层组件按相对燃料组件的距离划分为紧贴燃料组件与非紧贴燃料组件的两类反射层节块，见图3。其中，由于非紧贴燃料组件的反射层节块相对于紧贴燃料组件的反射层节块的通量水平要低，建立二维模型时只要将其包含在另一个紧贴燃料组件的反射层节块的计算模型中即可；对于紧贴燃料组件的反射层节块(以下简称为中心节块，非紧贴燃料组件的反射层节块称为非中心节块)则根据紧贴排布的燃料组件个数分为单面紧贴燃料的中心节块、两面紧贴燃料的中心节块和三面紧贴燃料的中心节块。对于不同类别的中心节块，需要建立不同的几何模型(紧贴中心节块的燃料组件节块必须包含在建立的二维模型中)；

[0024] 3：对于2划分出的反射层节块，根据实际堆芯中燃料组件的对边距的大小，确认反射层模型中燃料组件的个数与排数。沿堆芯径向辐射方向的燃料组件节块的排数不少于下式中确定的N：

[0025]

[0026] 式中，P为燃料组件对边距，cm；N最终取值范围在1～4之间。

[0027] 至此，应包含在一个六角形几何压水堆反射层模型内的六角形节块应包含以下三类：中心节块一个；非中心节块若干；燃料组件节块若干；

[0028] 4：将3中的三类六角形节块以中心反射层六角形节块为中心，参照实际堆芯布置进行六角形阵列排布，堆芯径向辐射方向必须包含3中确认的燃料组件排数；堆芯周向则根据六角形组件压水堆燃料管理计算程序的几何处理能力，权衡计算效率与精度(模型内的节块数越多，越接近实际堆芯布置，越精确)进行建模。以图3中编号为1的单面中心节块和编号为2的非中心节块为例，最终的二维模型见图4；

[0029] 5：根据压水堆堆芯的几何结构与材料布置，精确描述4中所建模型中所包含的各节块内的非均匀几何。至此，六角形几何压水堆的反射层组件二维模型建立完毕。基于此模型进行非均匀输运计算，获得所需的各个反射层节块的中子通量密度随空间、能量的分布；

[0030] 6：由5中获得的中子通量密度随空间、能量的分布，根据等效均匀化常数计算的三大守恒条件(各能群的反应率守恒、节块的各个界面上的界面净流守恒和反应堆的特征值守恒)中的各能群反应率守恒原则，并以组件内非均匀中子标通量密度的输运解近似替代反应堆堆芯中的中子标通量密度：

[0031]

[0032] 获得均匀化少群截面；

[0033] 并根据不连续因子的定义：

[0034]

[0035] 求得该节块各个边界面的不连续因子。

[0036] 在以本发明建立的二维反射层组件模型中，燃料组件的数目的确认参考了传统M310堆芯组件边长与实际要计算六角形几何堆芯反射层组件对边距的比值，确保了燃料组件侧外部边界条件不会太大地影响模型内部的中子能谱，保证了获取的反射层参数具有足够的精度。

[0037] 本发明在获取六角形几何堆芯反射层参数方面，具有可靠的精度及较高的效率，适应工程实际中的计算要求。

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