基于非结构网格粒子输运的蒙特卡罗模拟计算研究 被引量：2

1

作者 王立鹏 陈森 +5 位作者 张信一 姜夺玉 胡田亮 曹璐 李达 陈立新 《核科学与工程》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期286-294,共9页

传统的构造实体几何的建模方式不能满足复杂几何输运、多物理耦合计算和大尺度核辐射效应模拟等问题,目前MCNP程序允许在非结构化的网格下跟踪粒子,它是作为一个网格空间嵌入在传统的构造实体几何之中,非结构网格几何采用有限元程序ABA... 传统的构造实体几何的建模方式不能满足复杂几何输运、多物理耦合计算和大尺度核辐射效应模拟等问题,目前MCNP程序允许在非结构化的网格下跟踪粒子,它是作为一个网格空间嵌入在传统的构造实体几何之中,非结构网格几何采用有限元程序ABAQUS创建,使用MCNP的径迹长度估计器计算非结构网格单元内的输运结果,并在非结构网格上执行单元对单元的跟踪,结果可以输出到ABAQUS或者Paraview进行可视化和其他物理分析。本文分析了两种典型的基准实验:Ueki固定源和Godiva临界源问题,模拟结果表明,UM几何的运行时间和与CSG几何的计算偏差与输入网格单元的数量、单元的阶数成正比,同样阶数的四面体比六面体结果误差更小,本文的非结构网格计算结果与传统的构造实体几何结构结果具有很好的一致性。 展开更多

关键词 非结构网格 粒子输运 蒙特卡罗 有限元

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基于直接CAD几何模型的辐射场生成技术研究及应用 被引量：1

2

作者 王立鹏 曹璐 +5 位作者 余小任 张信一 姜夺玉 胡田亮 李达 陈立新 《现代应用物理》 2024年第3期14-19,44,共7页

介绍了基于直接CAD几何模型的3维辐射场生成技术及其应用情况。在大规模并行非结构网格蒙特卡罗粒子输运方法的基础上,结合在线地图、SolidWorks等直接CAD几何模型,提出了1种适用于电子元器件、复杂厂房几何和大区域城市环境的高效辐射... 介绍了基于直接CAD几何模型的3维辐射场生成技术及其应用情况。在大规模并行非结构网格蒙特卡罗粒子输运方法的基础上,结合在线地图、SolidWorks等直接CAD几何模型,提出了1种适用于电子元器件、复杂厂房几何和大区域城市环境的高效辐射场生成模拟计算方法。并基于该技术实现了安卓设备电路板辐射场、复杂放射源迷道辐射环境和核辐射在百米量级城市环境建筑物区域的数值模拟,获取了全空间的辐射场中子注量率和能量分布信息,验证了该项技术在电子元器件辐照效应、放射源屏蔽设计和核辐射瞬发效应仿真应用中的可行性。 展开更多

关键词 CAD 辐射场 蒙特卡罗 非结构网格 粒子输运

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基于非结构网格MCNP的KRUSTY热膨胀负反馈计算研究 被引量：3

3

作者 王立鹏 曹璐 +6 位作者 陈森 张信一 姜夺玉 胡田亮 李达 陈立新 江新标 《核动力工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第6期45-53,共9页

热管堆KRUSTY的热膨胀负反馈模拟一直是业内计算的难点。本文基于蒙特卡罗方法(MCNP)的非结构网格功能,将KRUSTY非结构网格的功率分布直接输入给有限元软件ABAQUS,利用ABAQUS进行KRUSTY的热力耦合,在统一的非结构网格下研究了KRUSTY热... 热管堆KRUSTY的热膨胀负反馈模拟一直是业内计算的难点。本文基于蒙特卡罗方法(MCNP)的非结构网格功能,将KRUSTY非结构网格的功率分布直接输入给有限元软件ABAQUS,利用ABAQUS进行KRUSTY的热力耦合,在统一的非结构网格下研究了KRUSTY热变形模拟、膨胀反应性反馈和密度反馈,重点研究了非均匀密度与均匀密度的差异。结果表明,热膨胀效应带来超过900pcm(pcm=10^(−5))的负反馈,特殊的燃料变形主要发生在上部和外边缘表面,总位移达到~0.9 cm,反应堆堆芯总温差足够小,只有23 K左右,并且核热力耦合较核热耦合趋于使堆芯的温度分布更均匀,由于热管的冗余设计,反应堆的设计可以满足单点失效原则。相较于传统的组合实体(CSG)几何,本文基于非结构网格MCNP方法可以更真实地模拟金属燃料堆的热膨胀效应。 展开更多

关键词 KRUSTY MCNP 非结构网格 核热力耦合 密度场 位移场

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基于MOOSE平台的西安脉冲反应堆多物理耦合计算研究

4

作者 胡田亮 姜夺玉 +5 位作者 张信一 王召浩 王立鹏 曹璐 李达 陈立新 《核动力工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期14-19,共6页

反应堆中涉及一系列复杂相互作用的多物理耦合过程,随着高性能计算技术的迅速发展,基于多物理耦合的分析越来越受到重视。基于多物理耦合平台MOOSE开展了西安脉冲反应堆的稳态和瞬态多物理耦合计算研究,综合应用Picard迭代和Jacobian Fr... 反应堆中涉及一系列复杂相互作用的多物理耦合过程,随着高性能计算技术的迅速发展,基于多物理耦合的分析越来越受到重视。基于多物理耦合平台MOOSE开展了西安脉冲反应堆的稳态和瞬态多物理耦合计算研究,综合应用Picard迭代和Jacobian Free Newton-Krylov(JFNK)方法处理多物理耦合中的非线性问题,实现了三维中子扩散时空动力学、三维固体导热和一维流体流动传热的多物理耦合计算,计算了西安脉冲反应堆2 MW稳态运行和3.45$(1$表示一个有效缓发中子份额)脉冲运行条件下的反应堆行为,得到了堆芯三维功率和温度分布计算结果,计算结果与实验结果符合较好,证明了多物理耦合的正确性。开发的多物理耦合计算方法具有几何适应性好、耦合灵活等特点,具有应用于其他小型反应堆的潜力。 展开更多

关键词 多物理耦合 西安脉冲反应堆 MOOSE 稳态分析 瞬态分析

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基于MOOSE平台的中子扩散方程数值解法

5

作者 姜夺玉 许鹏 +5 位作者 胡田亮 江新标 王立鹏 曹璐 李达 陈立新 《现代应用物理》 2024年第3期20-29,44,共11页

基于Galerkin有限元方法推导了多群中子扩散方程的变分形式,为解决控制棒尖齿效应问题,建立了控制棒尖齿效应修正模型,为解决定步长导致的计算时间较长问题,开发了自适应步长模型。采用C^(++)语言,基于开源多物理场面向对象仿真环境(mul... 基于Galerkin有限元方法推导了多群中子扩散方程的变分形式,为解决控制棒尖齿效应问题,建立了控制棒尖齿效应修正模型,为解决定步长导致的计算时间较长问题,开发了自适应步长模型。采用C^(++)语言,基于开源多物理场面向对象仿真环境(multiphysics object oriented simulation environment,MOOSE)平台,开发了稳态、瞬态中子扩散程序Nurus_diffusion。采用2维平板BSS3基准题、2维/3维IAEA基准题验证了程序求解特征值k_(eff)的功能;采用3维LMW基准题、2维TWIGL基准题验证了程序的瞬态求解功能。此外,在2维平板BSS3基准题中,还分析了网格规模的敏感性问题,在2维TWIGL基准题中分析了定步长与自适应步长对计算效率的影响。结果表明:Nurus_diffusion程序求解特征值k_(eff)的偏差仅为2.8×10^(-5)(BSS3)、4×10^(-4)(IAEA),LMW基准题、TWIGL基准题的瞬态相对功率最大偏差约为1.7%,结果与参考解符合较好;用稀疏网格计算时结果偏差较大,但随着网格量增加,计算精度迅速提高;采用自适应步长可在保证计算精度的基础上有效提高计算效率,但需要选择合适的步长权重因子。 展开更多

关键词 中子扩散方程 GALERKIN有限元法 MOOSE Nurus_diffusion

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微型反应堆高速撞击下核临界安全的初步分析

6

作者 王立鹏 曹璐 +7 位作者 陈立新 李锐 刘仕倡 李达 张信一 姜夺玉 胡田亮 江新标 《核技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期138-148,共11页

微型反应堆可作为月球表面动力、航天器动力等用于太空探索,反应堆发射前需要对发射事故的影响进行安全分析。反应堆高空坠落并撞击到混凝土是主要的临界安全分析场景,高速撞击后反应堆可能重返临界。本文以两种简化的反应堆模型高速撞... 微型反应堆可作为月球表面动力、航天器动力等用于太空探索,反应堆发射前需要对发射事故的影响进行安全分析。反应堆高空坠落并撞击到混凝土是主要的临界安全分析场景,高速撞击后反应堆可能重返临界。本文以两种简化的反应堆模型高速撞击场景为例,利用连续介质力学有限元程序ABAQUS与粒子输运蒙特卡罗程序耦合,完成了纯燃料堆芯垂直撞击地面和带径向反射层和屏蔽层圆柱堆30°倾角撞击地面的模拟,预测了两种场景反应堆高速撞击下keff随时间变化的物理特性。结果表明:纯燃料反应堆垂直撞击地面的keff增加最高可达1000×10^(-5),而具有反射层和屏蔽层反应堆30°倾角撞击地面的keff增加最高为200×10^(-5)。均匀密度变化条件下,采用表面非结构网格与内部非结构网格的蒙卡程序的计算结果符合较好,内部非结构网格能够更真实地捕捉材料的非均匀密度变化效应。本文的研究为微型反应堆高速撞击下的临界安全研究奠定了重要基础。 展开更多

关键词 空间堆 高速撞击 临界安全 蒙特卡罗 ABAQUS

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快谱小堆堆芯三维瞬态核-热-力耦合计算方法研究 被引量：1

7

作者 胡田亮 姜夺玉 +4 位作者 李达 王立鹏 曹璐 张信一 苏春磊 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第7期1347-1354,共8页

快谱小堆具有紧凑设计、能谱硬、中子泄漏强的特点。不同于热谱反应堆,温度载荷作用下的力学效应导致的几何变形是快谱小堆堆芯反应性反馈的重要来源,因此开展基于核-热-力耦合的瞬态分析对于准确模拟快谱小堆堆芯动态特性具有重要意义... 快谱小堆具有紧凑设计、能谱硬、中子泄漏强的特点。不同于热谱反应堆,温度载荷作用下的力学效应导致的几何变形是快谱小堆堆芯反应性反馈的重要来源,因此开展基于核-热-力耦合的瞬态分析对于准确模拟快谱小堆堆芯动态特性具有重要意义。本文基于开源多物理耦合框架MOOSE,开展了三维核-热-力耦合计算研究,采用JFNK方法联立求解热-力耦合方程,热-力耦合方程通过Picard方法与中子时空动力学方程耦合求解,最终实现了基于动网格的三维核-热-力耦合求解。本文将该方法应用于Goidva-Ⅰ快中子脉冲反应堆瞬发超临界瞬态计算,采用三维核-热-力耦合求解方法计算得到了脉冲动态过程中的裂变率、温升、表面位移等物理量随时间变化规律,并与参考结果进行了比较,计算结果表明该方法可准确考虑热膨胀变形引起的反应性反馈效应。 展开更多

关键词 多物理耦合 快谱小堆 力学反馈效应 MOOSE Godiva

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第一性原理在热中子散射截面计算中的应用

8

作者 王立鹏 张信一 +2 位作者 姜夺玉 胡田亮 曹璐 《原子核物理评论》 CAS CSCD 北大核心 2023年第4期643-650,共8页

第一性原理被应用在核工程领域关注的热中子散射材料的热中子截面计算中。本工作以Al和Bi金属的热中子截面制作为例,分别基于第一性原理冷冻声子法和密度泛函微扰法,采用VASP结合PHONONY程序计算了它们的声子色散关系和声子态密度。基于... 第一性原理被应用在核工程领域关注的热中子散射材料的热中子截面计算中。本工作以Al和Bi金属的热中子截面制作为例,分别基于第一性原理冷冻声子法和密度泛函微扰法,采用VASP结合PHONONY程序计算了它们的声子色散关系和声子态密度。基于NJOY程序,在LEAPR中添加Bi相干散射处理,制作了Al和Bi的热中子散射截面库。结果表明:对于Al,相较于冷冻声子法,密度泛函微扰理论的声子态密度得到的热中子散射截面与ENDF8.0符合更好,对于Bi,采用密度泛函微扰法消除了冷冻声子法的虚频现象,得到的热中子散射结果与实验值符合较好。本工作从探索材料内部特征机理的角度提出了一种更基础、更有预见性的制作热中子截面的方法,为研究新型反应堆的核材料热化机理奠定了理论基础。 展开更多

关键词 第一性原理 声子态密度 热中子散射截面 核数据制作

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基于确定论的ZrH_(x)中H热中子散射数据评价

9

作者 王立鹏 张信一 +4 位作者 姜夺玉 胡田亮 曹良志 吴宏春 曹璐 《核动力工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第5期23-29,共7页

ZrH_(x)由于具有较高的H含量和较好的慢化特性,在核技术中得到了广泛的应用,然而,ZrH_(x)中H的热中子散射数据的产生大多采用了直接数值模拟的方法,并未经过基于实验数据的评价。本文提出了一种与半经验声子模型相关的ZrH_(x)中H的热中... ZrH_(x)由于具有较高的H含量和较好的慢化特性,在核技术中得到了广泛的应用,然而,ZrH_(x)中H的热中子散射数据的产生大多采用了直接数值模拟的方法,并未经过基于实验数据的评价。本文提出了一种与半经验声子模型相关的ZrH_(x)中H的热中子散射数据的快速确定论评价方法,通过采用广义最小二乘法将计算机模拟的热散射数据与实验数据进行调整来完成,实验数据采用总截面测量值和反应堆基准题的有效增殖系数(k_(eff)),结果表明,经过调整后ZrH_(x)中H声子态密度光学项的能量区间发生高能区偏移,所得到的总截面值与实验数据吻合较好,调整之后的2个TRIGA反应堆临界基准题的k_(eff)计算精度得到了改进。 展开更多

关键词 ZrH_(x) 声子态密度 热中子散射数据 核数据评价

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西安脉冲堆燃耗对反应性引入瞬态行为的影响研究

10

作者 张信一 王立鹏 +7 位作者 王永平 江新标 银华北 何彬 李达 张良 姜夺玉 胡田亮 《核动力工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第5期30-38,共9页

研究了一种精确模拟反应堆燃耗相关瞬态行为的新方法。基于三维物理热工耦合的堆芯瞬态计算程序,与采用微观燃耗的三维精确燃耗计算程序相耦合,针对西安脉冲堆控制棒移动过程,分析了不同燃耗深度下由于反应性引入的不同形式和大小而引... 研究了一种精确模拟反应堆燃耗相关瞬态行为的新方法。基于三维物理热工耦合的堆芯瞬态计算程序,与采用微观燃耗的三维精确燃耗计算程序相耦合,针对西安脉冲堆控制棒移动过程,分析了不同燃耗深度下由于反应性引入的不同形式和大小而引起的堆芯功率和燃料温度等参数的瞬态特性。进行了堆芯脉冲功率响应对反应性引入量的敏感性分析,研究了堆芯动态参数的变化机理。数值结果表明:随着燃耗的加深,脉冲堆芯布置时脉冲功率有减小的趋势,而堆芯稳态布置时脉冲功率明显增大,达到脉冲功率峰值的时间有所提前。 展开更多

关键词 瞬态 燃耗 动态参数 耦合

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熔盐堆稳态物理-热工耦合计算研究 被引量：2

11

作者 胡田亮 吴宏春 +2 位作者 曹良志 郑友琦 庄坤 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第10期1823-1827,共5页

采用基于任意三角形网格解析基函数展开法的三维扩散堆芯物理计算和采用并联多通道模型的堆芯热工水力计算,开发了石墨慢化的通道式熔盐堆的物理-热工耦合计算程序。针对美国熔盐堆实验(MSRE),用橡树岭国家实验室技术报告中的结果验证... 采用基于任意三角形网格解析基函数展开法的三维扩散堆芯物理计算和采用并联多通道模型的堆芯热工水力计算,开发了石墨慢化的通道式熔盐堆的物理-热工耦合计算程序。针对美国熔盐堆实验(MSRE),用橡树岭国家实验室技术报告中的结果验证了程序的正确性,并计算分析了在稳态情况下MSRE堆芯中的三维功率分布、流量分配以及熔盐和石墨的温度分布。 展开更多

关键词 熔盐堆 物理-热工耦合 稳态分析

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熔盐堆有效缓发中子份额β_(eff)的计算及分析 被引量：1

12

作者 胡田亮 曹良志 +1 位作者 吴宏春 庄坤 《核动力工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第S1期37-40,共4页

有效缓发中子份额(β_(eff))是研究反应堆动态特性的重要参数。在熔盐堆(MSR)中,采用液体燃料,导致β_(eff)的计算与传统的采用固体燃料反应堆的计算方法不同。本文研究了MSRβ_(eff)的计算方法,并对嬗变熔盐堆(MOSART)的β_(eff)进行... 有效缓发中子份额(β_(eff))是研究反应堆动态特性的重要参数。在熔盐堆(MSR)中,采用液体燃料,导致β_(eff)的计算与传统的采用固体燃料反应堆的计算方法不同。本文研究了MSRβ_(eff)的计算方法,并对嬗变熔盐堆(MOSART)的β_(eff)进行了计算,并分析了熔盐在堆外流动时间和熔盐入口速度对β_(eff)的影响。计算结果表明:固定堆芯入口速度,熔盐在堆芯外流动的时间增加,β_(eff)会减小;固定熔盐在堆芯外流动时间,熔盐在堆芯入口速度增大,β_(eff)会减小。 展开更多

关键词 有效缓发中子份额(βeff) 熔盐堆(MSR) 缓发中子先驱核

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金属核燃料快中子脉冲堆核-热-力耦合计算方法研究

13

作者 郭树伟 陈珍平 +6 位作者 江新标 李达 张信一 王立鹏 胡田亮 谢金森 于涛 《核动力工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第4期31-37,共7页

为确保快中子脉冲堆的运行安全,防止超临界脉冲对材料造成物理损伤,需要对快中子脉冲堆脉冲工况进行模拟分析。本研究针对金属核燃料快中子脉冲堆,基于点堆动力学方法、蒙特卡罗方法和有限元力学方法,对Godiva-I脉冲堆开展了核热力耦合... 为确保快中子脉冲堆的运行安全,防止超临界脉冲对材料造成物理损伤,需要对快中子脉冲堆脉冲工况进行模拟分析。本研究针对金属核燃料快中子脉冲堆,基于点堆动力学方法、蒙特卡罗方法和有限元力学方法,对Godiva-I脉冲堆开展了核热力耦合计算分析研究。计算结果表明,反应性温度系数和裂变率与实验值吻合良好,反应性、温升、表面位移、表面应力与实际情况相符合。因此,本文建立的“核-热-力”耦合计算方法可应用于金属核燃料快中子脉冲堆的分析计算,具有一定的可靠性。 展开更多

关键词 脉冲堆 核热力耦合 ANSYS 瞬态分析

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