一种先进扭转型核燃料组件精细化三维燃耗分析方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种先进扭转型核燃料组件精细化三维燃耗分析方法及系统，该方法先获取先进扭转型核燃料组件的物理及几何模型，依据先进扭转型核燃料的几何特点划分六面体实体燃耗区域，基于多个燃耗区域建立先进扭转型核燃料

【技术实现步骤摘要】
一种先进扭转型核燃料组件精细化三维燃耗分析方法及系统


[0001]本专利技术属于核反应堆先进核燃料
，涉及一种先进扭转型核燃料组件精细化三维燃耗分析方法及系统
。

技术介绍

[0002]核能在能源生产结构中的比重直接影响世界气候情况，先进的核反应堆燃料技术有利于满足世界对能源的需求，达到“净零”的气候目标
。
燃料元件是反应堆堆芯的关键部件，发生核裂变并释放能量，随着创新型先进核燃料的不断发展，不规则几何及含可燃毒物等对中子物理计算提出了更高的要求
。
先进扭转型燃料组件中的燃料元件为三花瓣或四花瓣截面形成的扭转体，有控制反应性的置换剂
、
具有高导热性，可减少燃料棒膨胀的铀锆合金燃料
、
耐腐蚀锆铌合金包壳三部分组成
。
燃料设计具有固有安全性，且提高经济性，这种设计不仅有利于能源方面的平衡，而且还能解决燃料燃烧后带来的核武器问题，以及废料储存过程所产生的废料管理问题
。
相对于传统燃料，先进型燃料优点在于金属材料具有更好的传热性能，轴向螺旋扭转实现燃料组件相互定位，有效促进冷却剂交叉搅混流动，改善自然循环能力，增大功率密度输出，减小停堆时热量，提高安全裕度，凹陷形状设计容纳更大的辐照肿胀，减小应力
。
[0003]准确的燃耗计算是核反应堆物理模拟中预测核燃料组成的重要内容，是中子物理计算的基础，对堆芯中子物理性能
、
热工水力特性
、
安全性分析等有巨大影响，蒙特卡罗对于组件的燃耗计算计算一般采用离散区域为燃耗区，每个区域具有均匀的材料特性，计算无法准确的预测空间变量分布及其随燃耗步变化，对功率峰值因子等值的选择安全裕度需要更大，从而导致反应堆性能受限，此外，对于先进扭转型核燃料组件，传统构造固体几何无法体现三维非规则几何特征及扭转特性，且新型燃料材料与常规材料不同，在掺杂物核素中不同的吸收截面导致了非典型的空间自屏蔽效应，中子通量密度分布梯度大
。
传统的建模及燃耗区域划分方法无法解决先进扭转型燃料燃耗计算的问题
。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于解决现有技术中对先进扭转型核燃料组件中子物理特性的研究不足，导致缺乏先进扭转型核燃料组件三维精细化燃耗分布计算的问题，提供一种先进扭转型核燃料组件精细化三维燃耗分析方法及系统
。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0006]本专利技术提出的一种先进扭转型核燃料组件精细化三维燃耗分析方法，包括以下步骤：
[0007]获取先进扭转型核燃料组件的物理模型和几何模型，基于物理模型和几何模型对先进扭转型核燃料组件中一根核燃料元件进行几何建模后划分六面体实体燃耗区域，将六面体实体燃耗区域转换为
DAGMC
几何文件，基于
DAGMC
文件建立六面体实体燃耗区域的先进扭转型燃料组件几何模型；
[0008]获取先进扭转型核燃料组件燃耗计算参数，建立三维非结构性网格结果统计文件，基于物理模型
、
先进扭转型燃料组件几何模型
、
三维非结构性网格结果统计文件
、
燃耗计算参数进行先进扭转型核燃料组件燃耗计算，获取各燃耗步的有效增值系数和三维精细化变量分布；
[0009]对各燃耗步的有效增值系数和三维精细化变量进行处理，获取寿命期有效增值系数变化曲线
、
各燃耗步燃耗区域不同能群的三维精细化中子通量密度分布
、
裂变率分布和核素密度变化，实现先进扭转型核燃料组件精细化三维燃耗分析
。
[0010]优选地，六面体实体燃耗区域的划分方法如下：
[0011]获取先进扭转型核燃料组件中一个燃料元件的二维图形，依据二维图形几何特点将二维图形划分为
m
个四边形网格，将
m
个四边形网格转换为
m
个独立的四边形，对四边形扫掠扭转，形成
m
个独立的六面体实体燃耗区域，实现三维先进扭转型核燃料组件中一根核燃料元件的六面体实体燃耗区域划分
。
[0012]优选地，六面体实体燃耗区域的
DAGMC
几何文件获取方法如下：
[0013]基于建立的包含
m
个六面体实体燃耗区域的先进扭转型核燃料元件几何，读取每个六面体坐标及位置关系，对六面体顶点排序，对每个燃耗区域赋予不同的材料编号
、
计算对应的体积，将包含
m
个不同体积不同材料信息的六面体实体燃耗区域的单根燃料几何转换为燃耗计算所需的
DAGMC
几何文件
。
[0014]优选地，先进扭转型燃料组件几何模型如下：
[0015]将包含
m
个不同体积不同材料信息的六面体实体燃耗区域的燃料元件作为一个整体，在物理计算中形成
n
×
n
排布的先进扭转型燃料组件几何模型，模型包含
n2×
m
个不同体积不同材料信息的六面体燃耗区域
。
[0016]优选地，先进扭转型核燃料组件燃耗计算参数包括：中子源分布
、
粒子数量
、
总计算批数设置
、
未激活代数
、
每批计算代数
、
每代计算粒子数
、
计算模拟方式
、
燃耗时间步
、
输运
‑
燃耗耦合计算方式和统计变量；
[0017]建立三维非结构性网格结果统计文件的方法如下：
[0018]将包含
m
个不同体积不同材料信息的六面体实体燃耗区域的单根燃料几何排布形成
n*n
的先进扭转型核燃料组件三维几何，并在三维几何模型基础上划分四面体网格，形成的三维非结构性网格文件，用来统计三维变量计算结果
。
[0019]优选地，获取各燃耗步的有效增值系数和三维精细化变量分布的方法如下：
[0020]步骤
1、
根据初始时刻或由上一个燃耗步长末获取各六面体燃耗区域材料成分及核子密度的三维空间分布，放入源粒子采用概率论方法求解中子输运方程，统计先进扭转型燃料组件的三维精细化中子通量密度空间分布
、
裂变反应率空间分布及反应性增值系数；
[0021]步骤
2、
根据先进扭转型核燃料组件的
n2×
m
个燃耗区域的中子通量密度空间分布
、
裂变反应率空间分布，求解燃耗方程，计算各个燃耗区域燃料同位素的核子密度
、
产生的新的同位素的核子密度；
[0022]步骤
3、
根据各个燃耗区域燃料同位素的核子密度和产生的新的同位素的核子密度求本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种先进扭转型核燃料组件精细化三维燃耗分析方法，其特征在于，包括以下步骤：获取先进扭转型核燃料组件的物理模型和几何模型，基于物理模型和几何模型对先进扭转型核燃料组件中一根核燃料元件进行几何建模后划分六面体实体燃耗区域，将六面体实体燃耗区域转换为
DAGMC
几何文件，基于
DAGMC
文件建立六面体实体燃耗区域的先进扭转型燃料组件几何模型；获取先进扭转型核燃料组件燃耗计算参数，建立三维非结构性网格结果统计文件，基于物理模型
、
先进扭转型燃料组件几何模型
、
三维非结构性网格结果统计文件
、
燃耗计算参数进行先进扭转型核燃料组件燃耗计算，获取各燃耗步的有效增值系数和三维精细化变量分布；对各燃耗步的有效增值系数和三维精细化变量进行处理，获取寿命期有效增值系数变化曲线
、
各燃耗步燃耗区域不同能群的三维精细化中子通量密度分布
、
裂变率分布和核素密度变化，实现先进扭转型核燃料组件精细化三维燃耗分析
。2.
根据权利要求1所述的先进扭转型核燃料组件精细化三维燃耗分析方法，其特征在于，六面体实体燃耗区域的划分方法如下：获取先进扭转型核燃料组件中一个燃料元件的二维图形，依据二维图形几何特点将二维图形划分为
m
个四边形网格，将
m
个四边形网格转换为
m
个独立的四边形，对四边形扫掠扭转，形成
m
个独立的六面体实体燃耗区域，实现三维先进扭转型核燃料组件中一根核燃料元件的六面体实体燃耗区域划分
。3.
根据权利要求2所述的先进扭转型核燃料组件精细化三维燃耗分析方法，其特征在于，六面体实体燃耗区域的
DAGMC
几何文件获取方法如下：基于建立的包含
m
个六面体实体燃耗区域的先进扭转型核燃料元件几何，读取每个六面体坐标及位置关系，对六面体顶点排序，对每个燃耗区域赋予不同的材料编号
、
计算对应的体积，将包含
m
个不同体积不同材料信息的六面体实体燃耗区域的单根燃料几何转换为燃耗计算所需的
DAGMC
几何文件
。4.
根据权利要求2所述的先进扭转型核燃料组件精细化三维燃耗分析方法，其特征在于，先进扭转型燃料组件几何模型如下：将包含
m
个不同体积不同材料信息的六面体实体燃耗区域的燃料元件作为一个整体，在物理计算中形成
n
×
n
排布的先进扭转型燃料组件几何模型，模型包含
n2×
m
个不同体积不同材料信息的六面体燃耗区域
。5.
根据权利要求1所述的先进扭转型核燃料组件精细化三维燃耗分析方法，其特征在于，先进扭转型核燃料组件燃耗计算参数包括：中子源分布
、
粒子数量
、
总计算批数设置
、
未激活代数
、
每批计算代数
、
每代计算粒子数
、
计算模拟方式
、
燃耗时间步
、
输运
‑
燃耗耦合计算方式和统计变量；建立三维非结构性网格结果统计文件的方法如下：将包含
m
个不同体积不同材料信息的六面体实体燃耗区域的单根燃料几何排布形成
...

【专利技术属性】
技术研发人员：李伟，段倩妮，武俊梅，郭利鹏，王皓坤，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：