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基于弥散颗粒燃料的先进核反应堆大规模并行模拟与优化
1
作者 李睿涵 侯叶凡 +3 位作者 李玉辉 刘召远 张海红 梁金刚 《计算机研究与发展》 EI CSCD 北大核心 2024年第4期973-982,共10页
颗粒燃料是将核燃料制成颗粒并弥散在基体中的一种新型燃料构型,广泛应用于高温气冷堆、空间堆、氟盐冷却高温堆等先进堆型中.以高温气冷堆和空间堆为例,基于开源蒙特卡罗程序OpenMC研究了适用于颗粒燃料临界计算的虚拟网格模拟加速方法... 颗粒燃料是将核燃料制成颗粒并弥散在基体中的一种新型燃料构型,广泛应用于高温气冷堆、空间堆、氟盐冷却高温堆等先进堆型中.以高温气冷堆和空间堆为例,基于开源蒙特卡罗程序OpenMC研究了适用于颗粒燃料临界计算的虚拟网格模拟加速方法,并在山河超算平台开展了超10万核心的大规模并行测试.结果表明,高温气冷堆模型的有效增殖因数计算结果与石岛湾核电站实验数据符合较好,验证了程序及模型的准确性.在性能方面,虚拟网格方法与OpenMC此前的真实网格方法相比,在存储空间和计算速度上均有明显提升,高温气冷堆虚拟网格模型的内存和耗时分别为真实网格模型的0.2%和82%;此外,由于虚拟网格方法简化了模型几何,其间接实现了更好的负载均衡,使得程序拥有了更高的并行效率.对于强可扩展性,在10752核规模的测试中,虚拟网格的并行效率为83.4%,而真实网格为63.6%;对于弱可扩展性,虚拟网格模型在131600核并行效率为83.1%,而真实网格为66.1%. 展开更多
关键词 核反应堆 弥散颗粒燃料 蒙特卡罗 大规模并行 网格加速
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基于OpenMC的反应性等效物理转换方法在双重非均匀性问题中的应用
2
作者 刘鹏飞 陈玉清 +1 位作者 李颂 朱彤 《强激光与粒子束》 CAS CSCD 北大核心 2023年第12期129-135,共7页
由于基体中有着大量随机分布的弥散颗粒,双重非均匀系统具有复杂的几何结构,传统中子学计算方法往往难以处理双重非均匀系统,反应性等效物理转换(RPT)方法是常用的近似处理方法。通过分析RPT方法的三个关键步骤:精确初始值的求解、等效... 由于基体中有着大量随机分布的弥散颗粒,双重非均匀系统具有复杂的几何结构,传统中子学计算方法往往难以处理双重非均匀系统,反应性等效物理转换(RPT)方法是常用的近似处理方法。通过分析RPT方法的三个关键步骤:精确初始值的求解、等效半径的求解、燃耗算法的选取,探讨了各步骤采用不同算法对RPT方法效率和精度的影响,并基于OpenMC在Python应用程序接口之上开发了RPT模块。数值结果表明,优化后的RPT模块,在保持良好计算效率的同时,也能满足工程计算精度的需要。 展开更多
关键词 OpenMC 双重非均匀系统 弥散颗粒燃料 反应性等效物理转换方法
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弥散颗粒燃料及可燃毒物双重非均匀特性初步研究
3
作者 娄磊 柴晓明 +5 位作者 姚栋 陈亮 刘晓黎 李司南 唐霄 张策 《中国核电》 2022年第4期610-617,共8页
弥散颗粒燃料及可燃毒物由于其固有安全性及自屏效应而被广泛关注,但其双重非均匀性为中子学计算带来挑战。为了研究弥散颗粒系统的双重非均匀性大小,评价体积均匀化方法的适用性,本文针对弥散不同类型、不同相体积、不同颗粒尺寸的颗... 弥散颗粒燃料及可燃毒物由于其固有安全性及自屏效应而被广泛关注,但其双重非均匀性为中子学计算带来挑战。为了研究弥散颗粒系统的双重非均匀性大小,评价体积均匀化方法的适用性,本文针对弥散不同类型、不同相体积、不同颗粒尺寸的颗粒以及不同富集度燃料基体的栅元系统进行了分析,评价栅元系统的颗粒模型与体积均匀化模型在零燃耗下的反应性偏差。分析结果显示,对于弥散燃料颗粒,体积均匀化方法的计算偏差随弥散颗粒尺寸的增加、燃料富集度的增加、以及弥散颗粒相体积的减小而增大;对于弥散可燃毒物颗粒,体积均匀化方法的计算偏差随弥散颗粒的颗粒尺寸的增加、基体燃料富集度的减小、弥散颗粒相体积的增加、以及弥散颗粒吸收截面的增大而增大。同时本文给出了弥散颗粒的双重非均匀性大小的大致顺序,针对双重非均匀性最小和最大的两种毒物颗粒也进行了详细分析,给出了是否需要考虑其双重非均匀性的大致判定条件,为弥散颗粒系统的数值计算提供指导。 展开更多
关键词 弥散颗粒燃料 弥散颗粒可燃毒物 双重非均匀性 体积均匀化方法 反应性计算偏差
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双重非均匀子群参数制作研究
4
作者 黄冬 袁媛 +2 位作者 张乾 李颂 梁越超 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第1期22-30,共9页
弥散颗粒燃料元件中燃料颗粒以随机形式弥散在基体中,难以获得确定几何。同时由于共振自屏现象的存在,呈现出一种双重非均匀系统。当前均匀系统产生的共振积分在双重非均匀系统中使用时,会在较低的共振能群产生一定的共振计算误差。为... 弥散颗粒燃料元件中燃料颗粒以随机形式弥散在基体中,难以获得确定几何。同时由于共振自屏现象的存在,呈现出一种双重非均匀系统。当前均匀系统产生的共振积分在双重非均匀系统中使用时,会在较低的共振能群产生一定的共振计算误差。为满足现有组件计算程序直接进行双重非均匀性共振计算的需求。基于Sanchez-Pomraning模型下的特征线固定源计算方法,建立一套双重非均匀共振积分表,最后结合子群方法实现随机介质燃料元件的共振计算。数值结果表明,考虑双重非均匀性产生的积分表,在相同的输运条件下和积分表的适用范围内,由子群共振部分对k_(eff)计算带来的绝对偏差能保持在200 pcm内。该工作的意义是对于一些不宜改动的传统组件程序,如HELIOS,通过在线修改共振积分表和子群参数,从而使其直接进行弥散颗粒燃料问题的计算成为可能。 展开更多
关键词 弥散颗粒燃料 共振自屏 双重非均匀积分表 Sanchez模型
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空间离散对弥散颗粒燃料燃耗计算的影响
5
作者 娄磊 张云飞 +5 位作者 李满仓 张乾 李颂 梁越超 赵强 张志俭 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第5期856-864,共9页
单栅元燃耗计算是全堆芯燃耗计算的基础,栅元空间离散对燃耗计算的结果有显著影响。弥散颗粒燃料由于双重非均匀性的存在,空间离散的情况更为复杂。本文基于ALPHA组件程序,分析了颗粒在平源区上归类的宏观离散方案与颗粒内部细分燃耗区... 单栅元燃耗计算是全堆芯燃耗计算的基础,栅元空间离散对燃耗计算的结果有显著影响。弥散颗粒燃料由于双重非均匀性的存在,空间离散的情况更为复杂。本文基于ALPHA组件程序,分析了颗粒在平源区上归类的宏观离散方案与颗粒内部细分燃耗区的微观离散方案对弥散颗粒燃料燃耗计算的影响。算例包括无毒物的UC颗粒单栅元,含Gd_(2)O_(3)层的QUADRISO颗粒单栅元和含UC颗粒与Gd_(2)O_(3)毒物颗粒的双颗粒单栅元。数值结果表明,无毒物栅元宏观需分3圈以上,含Gd_(2)O_(3)栅元宏观需分5圈以上;无毒物算例微观不需要分圈,含Gd_(2)O_(3)层的QUADRISO颗粒需在微观燃料区细分2圈,双颗粒问题的Gd_(2)O_(3)毒物颗粒微观需分12~15圈。 展开更多
关键词 双重非均匀性 燃耗计算 弥散颗粒燃料 空间离散
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弥散颗粒型燃料特征线方法输运计算研究
6
作者 梁越超 宇炎 +5 位作者 张乾 李颂 梁亮 赵强 娄磊 李满仓 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第5期865-872,共8页
弥散颗粒型燃料的中子输运问题因其特有的随机性和双重非均匀性难以直接使用现有输运方法进行求解。Sanchez-Pomraning方法借助更新方程,对特征线方法进行改进,使其能应用于弥散颗粒型燃料的输运计算中。本文对二维圆柱形弥散颗粒燃料... 弥散颗粒型燃料的中子输运问题因其特有的随机性和双重非均匀性难以直接使用现有输运方法进行求解。Sanchez-Pomraning方法借助更新方程,对特征线方法进行改进,使其能应用于弥散颗粒型燃料的输运计算中。本文对二维圆柱形弥散颗粒燃料输运问题进行了计算,数值结果表明:程序在不同颗粒填充率、不同颗粒尺寸、燃料颗粒与毒物颗粒共存的问题下均能保证较好的计算精度,反应性特征值绝对偏差大多低于100 pcm,仅在QUADRISO毒物颗粒填充时绝对偏差达到163 pcm。本文方法能满足弥散颗粒型燃料的输运求解要求,为新型燃料的设计研究工作提供了可靠的结果。 展开更多
关键词 事故容错型燃料 弥散颗粒型燃料 Sanchez-Pomraning方法 特征线方法
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