一种核模拟分析系统及方法技术方案

本发明专利技术属于核科学中基于中子物理综合计算模拟的核设计和安全分析领域，尤其涉及一种核模拟分析系统及方法。该系统包括几何建模模块、物理建模模块、中子输运建模模块、中子学多物理耦合建模模块以及处理模块。本发明专利技术的意义在于可基于统一框架，构建不同物理过程综合模拟的一体化计算模型，完整地考虑真实物理过程，准确反映各物理过程之间在空间、能量、时间等维度的相互关联作用，从而更好的服务于核模拟分析。拟分析。拟分析。

【技术实现步骤摘要】
一种核模拟分析系统及方法


[0001]本专利技术属于核科学中基于中子物理综合计算模拟的核设计和安全分析领域，尤其涉及一种核模拟分析系统及方法。

技术介绍

[0002]中子学理论研究中子在介质中的运动和核反应过程，即中子输运过程，是中子学研究的基础与核心。中子输运包括中子运动、核素嬗变和能量沉积等过程。其中中子运动研究中子在介质内的运动规律，包括稳态中子输运和含时中子运动，含时中子运动又分为短时间(毫秒～秒)中子运动过程、中等时间(小时～天)中子运动过程和长时间(月～年)中子运动过程三种。短时间中子运动过程考虑核能系统预期变化或意外变化对中子运动的影响导致系统内中子通量密度的快速变化，是中子动力学研究的内容；中等时间和长时间中子运动过程考虑核素嬗变(包括燃耗、核废物嬗变、核燃料增殖和材料活化等过程)带来的核素变化(可燃毒物变化、核素燃耗变化等)对中子运动的影响。能量沉积研究中子在介质中运动时将动能和核反应时释放的能量转换为热能的过程，是核能系统发电的基础，也是产生人体辐射剂量危害和装置辐照损伤的主要因素。
[0003]核能系统的核模拟分析不仅涉及中子运动、核素嬗变、能量沉积等中子输运过程，而且涉及中子输运与热工水力学、结构力学、化学、生物学、电磁学等多物理之间的相互作用，(称为“中子学多物理耦合”)。这些物理过程相互作用，互为关联，表现出极强的复杂性。在核能系统中，中子与易裂变核素发生的核裂变反应以及轻原子核(例如氘和氚)碰撞发生的核聚变反应，都会产生中子并释放能量。中子在核能系统整个空间结构中运动，并引发核素嬗变(如核废料嬗变、核燃料增殖、核燃料消耗、结构材料与冷却剂等的活化等)过程，同时嬗变导致的核素密度变化又将影响下一时刻的中子运动过程。中子引发的核素嬗变产生的放射性核素泄漏到环境后，可能会对生物产生辐射照射，造成危害。此外，中子携带的能量沉积在核能系统中，通过冷却剂的流动传热，将带出热量进行发电。在冷却剂流动传热过程中，冷却剂对结构材料产生冲刷腐蚀，同时冷却剂的温度、密度变化以及结构材料的形变、密度变化也会对中子运动过程产生影响。
[0004]因此，核能系统的核模拟分析需要研究中子在整个核能系统中与物质相互作用的过程。建立精细的包含核能系统装置各部件、建筑环境与场区作业人员等在内的全空间一体化精准模型是核能系统模拟分析的重要基础。核能系统的模型复杂度主要体现在两个方面：
[0005](1)模型中存在大量形状复杂的不规则几何体，组成几何体的边界面数量多且包含B样条曲面(B
‑
spline surface)、扫掠面(swept surface)等高阶复杂曲面；传统建模方法精度低、耗时长、不直观且容易出错。
[0006](2)模型中几何体的数量庞大、逻辑结构复杂，不同区域的几何体存在较大的差异性，并且模型参数需要反复的迭代修改；传统转换建模方法存在硬件资源消耗大、转换时间过长、转换生成的几何存在大量冗余信息导致计算效率低等问题。
[0007]此外，传统离散孤立的求解方式，对原本相互关联的众多过程与多种物理现象进行强制解耦，各环节独立求解，一个环节计算结束后，再将其空间、能量、时间等维度的计算结果数据传递给另一个环节，导致模拟精度低，很难准确描述系统综合特性。表现在建模过程中，即各个物理过程独立建模，没有相互关联，导致在计算过程中，需要在不同的程序之间频繁的交换数据，带来时间和精度损失。同时，由于它们的空间离散方案通常不一致，所以必须在两套空间离散方案间进行数据映射和插值，这是一个非常耗时的工作，也会带来一定的精度损失，还有可能破坏物理量的守恒性。

技术实现思路

[0008]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种核模拟分析系统及方法。
[0009]本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种核模拟分析系统，包括：几何建模模块、物理建模模块、中子输运建模模块、中子学多物理耦合建模模块以及处理模块；
[0010]所述几何建模模块用于历遍核模拟分析所使用的每个几何模型中的高阶曲面，基于预设的面片化精度对每个高阶曲面进行三角面片化处理，并将每个几何模型的编号与相应的面片化处理结果进行关联；
[0011]所述物理建模模块用于对每个几何模型中的中子源进行中子源参数设定；
[0012]所述中子输运建模模块用于对每个几何模型中的输运参数进行设定；
[0013]所述中子学多物理耦合建模模块用于通过参数曲面实体剪裁方法对每个几何模型中的原始曲面进行剪裁处理，得到每个几何模型与热工水力学、结构力学的网格之间的映射关系；
[0014]所述处理模块用于根据每个几何模型的面片化处理结果、每个几何模型的中子源参数设定结果、每个几何模型的输运参数设定结果以及每个映射关系进行核模拟分析。
[0015]本专利技术的有益效果是：本专利技术的意义在于可基于统一框架，构建不同物理过程综合模拟的一体化计算模型，完整地考虑真实物理过程，准确反映各物理过程之间在空间、能量、时间等维度的相互关联作用，从而更好的服务于核模拟分析，基于核模拟分析结果对核能系统或核技术应用系统进行设计优化或安全评价处理。
[0016]在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进。
[0017]进一步，所述几何建模模块还用于：
[0018]当所述几何模型的边界面方程能通过解析函数表达时，将几何模型的编号与所述几何模型的解析函数进行关联；
[0019]或当所述几何模型的边界面为高阶曲面时，将几何模型的编号与所述几何模型的面片化处理结果进行关联。
[0020]进一步，所述中子源参数包括：
[0021]中子源项的位置分布、能谱以及角分布。
[0022]进一步，所述对每个几何模型中的输运参数进行设定的过程具体为：
[0023]通过中子运动建模子模块对运动参数进行设定；
[0024]通过燃耗建模子模块对燃耗参数进行设定；
[0025]通过材料活化建模子模块对材料参数进行设定；
[0026]通过辐射剂量建模子模块对剂量参数进行设定；
[0027]通过辐照损伤建模子模块对损伤参数进行设定。
[0028]本专利技术解决上述技术问题的另一种技术方案如下：一种核模拟分析方法，包括：
[0029]几何建模模块历遍核模拟分析所使用的每个几何模型中的高阶曲面，基于预设的面片化精度对每个高阶曲面进行三角面片化处理，并将每个几何模型的编号与相应的面片化处理结果进行关联；
[0030]物理建模模块对每个几何模型中的中子源进行中子源参数设定；
[0031]中子输运建模模块对每个几何模型中的输运参数进行设定；
[0032]中子学多物理耦合建模模块用于通过参数曲面实体剪裁方法对每个几何模型中的原始曲面进行剪裁处理，得到每个几何模型与热工水力学、结构力学的网格之间的映射关系；
[0033]处理模块根据每个几何模型的面片化处理结果、每个几何模型的中子源参数设定结果、每个几何模型的输运参数设定结果以及每个映射关系进行本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种核模拟分析系统，其特征在于，包括：几何建模模块、物理建模模块、中子输运建模模块、中子学多物理耦合建模模块以及处理模块；所述几何建模模块用于历遍核模拟分析所使用的每个几何模型中的高阶曲面，基于预设的面片化精度对每个高阶曲面进行三角面片化处理，并将每个几何模型的编号与相应的面片化处理结果进行关联；所述物理建模模块用于对每个几何模型中的中子源进行中子源参数设定；所述中子输运建模模块用于对每个几何模型中的输运参数进行设定；所述中子学多物理耦合建模模块用于通过参数曲面实体剪裁方法对每个几何模型中的原始曲面进行剪裁处理，得到每个几何模型与热工水力学、结构力学的网格之间的映射关系；所述处理模块用于根据每个几何模型的面片化处理结果、每个几何模型的中子源参数设定结果、每个几何模型的输运参数设定结果以及每个映射关系进行核模拟分析，基于核模拟分析结果对核能系统或核技术应用系统进行设计优化或安全评价处理。2.根据权利要求1所述的一种核模拟分析系统，其特征在于，所述几何建模模块还用于：当所述几何模型的边界面方程能通过解析函数表达时，将几何模型的编号与所述几何模型的解析函数进行关联；或当所述几何模型的边界面为高阶曲面时，将几何模型的编号与所述几何模型的面片化处理结果进行关联。3.根据权利要求1所述的一种核模拟分析系统，其特征在于，所述中子源参数包括：中子源项的位置分布、能谱以及角分布。4.根据权利要求1所述的一种核模拟分析系统，其特征在于，所述对每个几何模型中的输运参数进行设定的过程具体为：通过中子运动建模子模块对运动参数进行设定；通过燃耗建模子模块对燃耗参数进行设定；通过材料活化建模子模块对材料参数进行设定；通过辐射剂量建模子模块对剂量参...

【专利技术属性】
技术研发人员：请求不公布姓名，
申请(专利权)人：安徽中科超安科技有限公司，
类型：发明
国别省市：