一种基于动网格的反应堆控制棒落棒行为分流域耦合仿真方法

本文提出了一种基于动网格的反应堆控制棒落棒行为分流域耦合仿真方法,该方法分别建立了控制棒单棒和驱动杆的二维轴对称模型,保证控制棒和驱动杆对应流域的网格能够根据落棒运动规律自适应地变化。两个流域在每个时间步长内交换流体阻力计算结果,并根据运动方程求解得到的速度来更新控制棒和驱动杆的运动状态,实现分流域耦合。该方法通用性好,计算中考虑了驱动线流道形状的影响,且在计算时间和求解精度之间取得了良好的折中,此外,该方法在计算条件允许的情况下,还能较容易地扩展到三维模型。本文采用该方法对典型反应堆驱动线落棒行为进行了仿真,仿真结果表明,该方法计算结果可信。     

一种基于重叠网格的反应堆控制棒落棒行为分流域耦合仿真方法

本文提出了一种基于重叠网格的反应堆控制棒落棒行为分流域耦合仿真方法,该方法分别建立了控制棒单棒和驱动杆的二维轴对称重叠网格模型,保证控制棒和驱动杆的部件网格和背景网格能够根据落棒运动规律自适应地变化。两个流域在每个时间步长内交换流体阻力计算结果,并根据运动方程求解得到的速度来更新控制棒和驱动杆的运动状态,实现分流域耦合。本方法建模简单,通用性好,计算中考虑了驱动线流道形状的影响,且在计算时间和求解精度之间取得了良好的折中,此外,本方法在计算条件允许的情况下,还能较容易地扩展到三维模型。本文采用该方法对某反应堆控制棒驱动线的落棒行为进行了仿真,结果表明:计算结果可信。     

地震作用下控制棒落棒历程分析及试验研究

为研究地震作用下的控制棒落棒历程,基于惯性阻力计算方法、粘性阻力计算方法及碰撞接触算法,以第三代核电先进型研发项目某堆型控制棒驱动线为背景,进行了地震载荷下的落棒历程计算。在多点激励试验装置上对该堆型驱动线1∶1样机进行地震试验,采用多频波法,在驱动线与反应堆的多处关联点施加地震载荷,包括运行基准地震（OBE）试验和安全停堆地震（SSE）试验。研究结果表明,各工况下落棒时间、落棒位移、速度和加速度时程的计算曲线与试验曲线符合较好。因此,本研究建立的研究方法能够为核电厂安全分析提供必要的分析方法。     

U-Ti合金的动态力学性能

采用分段式霍普金森杆（SHPB）及材料试验机测试了3种时效状态的U-Ti合金在室温下的静动态力学曲线,采用扫描电镜分析了U-Ti合金动态压缩后的剪切断裂特征,采用XRD分析了动态压缩前后的结构变化。结果表明,3种状态的U-Ti合金都产生了应变速率强化效应;当应变速率约为2500s^-1时,U-Ti合金发生了剪切断裂;断口出现取向性的韧窝且在局部区域的韧窝非常细小,以及烧蚀变形。动态压缩使3种状态的U-Ti合金的晶粒取向改变。     

反应堆控制棒驱动线步进载荷试验研究

控制棒驱动线是一个比较复杂的系统,仅通过动力学建模计算分析无法准确获得其步进载荷值,因此开展反应堆驱动线控制棒步进载荷试验研究,对进一步改进和完善控制棒驱动机构的设计,验证其动力学模型的准确性,提供其安全性和可靠性等方面具有重大的实用价值。本文研究对象为"华龙一号"反应堆控制棒驱动线,模拟其在反应堆压力容器中的实际安装方式和对中,对其进行了步进载荷的实际测量,得到了控制棒驱动线在提升和下插过程中的步进载荷值,为后续的相关计算验证工作提供了准确的数据支撑。     

NECP-X中角度与特征线并行的研究与实现

特征线方法在应用于全堆芯三维输运计算时面临着计算时间长、内存需求量大的问题,而大规模并行是最有效的解决办法。传统的并行策略是进行空间的区域分解,但当问题的几何规模较小时,其并行度有限,无法充分利用并行资源。本文在高保真物理计算程序NECP-X空间区域分解的基础上研究了角度和特征线的三重并行计算。为实现角度并行的负载平衡,采用了考虑权重的贪婪算法角度并行策略;为节省内存,在共享内存的并行模式下采用动态调度的分配方案实现特征线并行。数值结果表明,NECP-X中的角度和特征线并行效率较高,可在空间区域分解并行的基础上进一步扩大并行规模,提高计算速度。     

GPU加速MOC输运计算性能分析研究

特征线方法（MOC）在求解堆芯规模中子输运方程时面临计算时间长的问题,加速和并行算法是目前研究的热点。基于MOC在特征线和能群层面的并行特性,采用统一计算设备构架（CUDA）编程规范,实现了基于图形处理器（GPU）的并行二维MOC算法。测试了菱形差分和步特征线法分别在双精度、混合精度及单精度浮点运算下的计算精度、效率及GPU加速效果。采用性能分析工具对GPU程序性能进行了分析,识别了程序性能瓶颈。结果表明：菱形差分和步特征线法在不同浮点运算精度下均表现出良好的计算精度;相比于CPU单线程计算,GPU加速效果在双精度和单精度情况下分别达到35倍和100倍以上。     

COSINE软件包堆芯物理分析程序CORE开发与初步测试验证

堆芯物理分析程序CORE是1个少群、一维、二维、三维稳态节块法程序,用于压水堆堆芯设计和分析。COSINE软件包是大型压水堆国家重大专项软件自主化课题中的一部分,CORE是COSINE软件包的1个子程序系统,CORE第1版采用节块展开法（NEM）进行二维、三维扩散计算,采用差分法进行一维扩散计算,截面处理采用插值表的方式,燃耗计算采用带预估修正的宏观燃耗计算方法,精细功率重构采用调制方法。目前CORE的核心模块已完成,并进行了初步测试验证,结果表明其扩散求解模块基本满足功能和精度要求。     

质子治疗装置大回转架支撑驱动系统的运动机理及分析

质子治疗装置大回转架(Gantry)系统采用滚动摩擦轮组支撑驱动,滚轮接触点处产生较大弹性变形,接触区由线接触变成面接触,使实际传动比与理论值产生偏差,从而影响传动精度。本文根据弹性滑动和赫兹接触理论,得出支撑驱动滚轮的变形趋势和应力分布规律。模拟支撑驱动滚轮的边界条件和受力状况,借助ANSYS软件,建立了滚轮的有限元分析力学模型,分析了滚轮的力学行为和传动机理。     

CPU-GPU协同计算在MOC中子输运异构并行计算中的应用研究

特征线方法（MOC）可以精确求解任意几何的中子输运方程,但该方法收敛慢、计算时间长。本研究基于空间区域分解和特征线并行技术,采用MPI+OpenMP/CUDA编程模型,实现了适用于中央处理器-图形处理器（CPU-GPU）异构系统的二维MOC异构并行算法。为充分利用异构系统中的CPU和GPU计算资源,实现CPU-GPU协同计算,提出动态任务分配模型,根据CPU和GPU的计算能力合理分配计算任务。数值验证结果表明:程序具有良好的计算精度;动态任务分配模型能根据硬件性能给出最佳任务分配方案;5异构节点（包含20块GPU）并行时,相对MPI+CUDA并行模式,采用CPU-GPU协同计算后,程序整体效率提升达到14%。      

控制棒驱动机构备件数量优化方法

控制棒驱动机构是反应堆控制和保护系统的伺服机构,是执行反应堆功率调节、紧急停堆的重要核安全设备。控制棒驱动机构成本较高,如何合理确定其备件数量对于提高反应堆的可运行性具有重要意义。本文针对控制棒驱动机构,在系统连续运转时间不小于换料周期的约束条件下,提出了一种确定控制棒驱动机构备件数量的优化方法--分组备件数量优化方法,给出了总费用最少的各子系统的备件配置方案。通过随机模拟计算对分组备件数量优化方法与常规算法进行比较,结果表明：该方法常优于常规算法,在保证控制棒驱动机构可用性的前提下,优化备件数量配置可降低成本。该优化方法同样适用于其他设备的备件分析,对工程中设备备件的分析与研究具有指导意义。     

控制棒驱动机构运动过程的联合数值仿真研究

控制棒驱动机构运动过程是电磁场-流场-运动场相互耦合的复杂动态过程,无法通过静态方法或单项技术进行准确的计算。使用Magnet软件、Fluent软件和Adams软件进行了电磁仿真分析、流场分析和多体动力学分析的耦合计算。综合考虑了重力、电磁力、水阻力和弹簧力在控制棒驱动机构步跃过程中的作用,定量计算了电磁力、水阻力、运动件位移与速度等运动特性,以及步跃载荷。通过与试验值对比,计算得到的移动磁极吸合时间、临界吸合电流和步跃载荷值与试验值较为吻合,证明了控制棒驱动机构运动过程的联合仿真分析是一种有效的动态分析方法。      

小型模块化熔盐堆控制棒布置的物理分析

sm-TMSR是中国科学院钍基熔盐堆核能系统中心（TMSR）设计的一款小型模块化多用途钍基熔盐示范堆。本文就sm-TMSR堆芯的控制棒布置进行了物理分析。首先,对熔盐堆特有的反应性变化现象进行了分析,提出了sm-TMSR控制棒的功能和需求,即:对于调节棒,要求设计的总价值在寿期初等于或略大于2.5×10-2,寿期末等于或略大于2.06×10-2;对于停堆棒,考虑卡棒准则,要求设计的单根棒价值在寿期初大于等于2.1×10-2;其次,计算了不同位置、不同控制棒孔道直径以及有无哈氏合金套管的单根控制棒价值;最后根据控制棒价值的需求大小,确定了控制棒组件在堆芯较为优化的物理设计:①控制棒组件孔道直径为9?cm,无哈氏合金套管;②4根控制棒成“十”字形分布,2根停堆棒均匀布置在堆芯的第1圈,2根调节棒均匀布置在堆芯的第6圈位置。      

Dynamic behavior of upper hydraulic drive control rod

A 200 MW nuclear heating reactor (NHR) was developed based on the 5 MW testing heating reactor (THR-5). In order to improve its features, the INET was used to optimize its structure design. One task was to design the upper hydraulic drive control rod, which is located at the upper part of the reactor core, so that the fuel rod in each corner of the bundle will not be removed as they are in the THR-5. A program based on the method of characteristics was run to investigate the dynamic behavior of the upper hydraulic control rod drive system. The steady-state and dynamic characteristics of the control rod were studied. The influence of the reactor temperature and structure parameters on the operation reliability was investigated. Finally the optimal design parameters of the upper hydraulic drive control rod were obtained.     

快堆控制棒组件非均匀效应修正方法研究

控制棒组件是快堆控制系统和安全保护系统的重要组成部分,快堆控制棒价值的准确求解至关重要。基于PASC?5程序的快堆少群均匀化群常数计算中使用直接体积均匀化方式,这会导致控制棒价值严重高估,必须对控制棒组件的非均匀效应进行修正。基于群常数修正的思路,本论研究了体积?通量权重、反应率之比守恒和反应性守恒3种方法在快堆控制棒组件非均匀效应修正中的应用;基于二维特征线程序开发了群常数修正因子计算程序FRHP。通过中国实验快堆算例进行测试验证,修正后的控制棒价值计算结果与MCNP计算的参考结果符合较好,表明3种方法均能对控制棒组件的非均匀效应实现有效修正,其中反应性守恒方法修正效果最好。     

控制棒驱动机构电流监测与故障诊断技术研究

控制棒驱动机构作为反应堆控制和核安全保护系统的执行机构，对其运行状态进行有效监测是防止反应堆发生控制棒卡棒、滑棒和驱动失灵的重要措施。本文在分析控制棒驱动机构动作原理的基础上，通过对驱动机构探测方法、信号分析处理方法以及故障鉴别方法的研究，实现了对控制棒驱动机构的电流监测与故障诊断，为驱动机构电流监测与故障诊断系统的应用奠定了技术基础。      

基于轮转电极的多电极电容式棒位测量传感器静态特性研究

电容式棒位测量传感器是200 MW低温核供热堆控制棒水压驱动系统的关键测量部件,其精度和可靠性直接关系到反应堆的安全性。本文基于有限元方法建立了电容式棒位测量传感器的理论模型,对两电极电容式棒位测量传感器检测场的灵敏度分布特性进行了分析。结果表明,在检测场内存在一个特定区域,被测杆向该区域偏移时偏心误差较小。基于该特性提出了多电极电容式棒位测量传感器的设计方案和轮转电极的电容检测方法,针对该传感器,利用有限元模型进行了传感器结构优化和被测杆偏心误差分析,完成了传感器静态特性实验并验证了模型计算结果。分析结果表明,多电极电容式棒位测量传感器与轮转电极的电容检测方法能有效利用检测场的灵敏度分布特性,优化后传感器的偏心误差能达到棒位测量不失步的要求。研究成果为电容式棒位测量传感器的设计和优化提供了新的方向。     

Analysis of RA-3 experiments for the validation of a neutronic model

A 3D neutronic model for the RA-3 reactor was developed on the basis of previous experience and validated with selected experimental data. Control rod calibrations were reproduced in N94 and N136 cores. The calculated values are shown to be dependent on relative position of the rods and the procedure that gives the best estimation of the rod value is the one performed following the experimental method compensating small rod insertions with small extractions. Rod worth calculations differ from the measured values in less than 2%. Rod-drop experiments were used to evaluate rod effectivities. The experimental results showed discrepancies between estimators derived from the point reactor model, and from spatial modal kinetics. Discrepancies are also observed when using different detectors. Even when using the spatial modal kinetics approach, the estimators obtained from different detectors disagree when one of them is located near to the rod, but differences are considerably reduced with respect to point reactor model because in this case only the delayed evolution is considered. We can say that all estimators give fairly similar results when the detector field of view is not influenced by the local perturbation introduced by the falling rod. This indicates the existence of spatial effects which are not completely accounted for in the spatial modal kinetics approach. Also, the importance of verifying the form function behaviour during the delayed evolution. The rod drop experiments were simulated using the improved quasi-static model and static evaluations. The rate of overestimation static/dynamic is constant in both core configurations and varies between 18% and 23% for the analyzed rods. The dynamic model allows comparing also thermal flux ratios at the detector positions. The neutronic model is considered reliable for design and fuel management analysis. The estimations of criticality, control rod calibrations and excess reactivity are satisfactory and simple models representing the core components without any kind of correction factors have been used to achieve these results.     

船用堆自动棒动态反应性Simulink仿真模块设计

船用堆运行中功率频繁、剧烈变化需要自动控制棒频繁调节。针对该特点及现有反应堆系统微机仿真程序存在的控制棒反应性描述不合理、不准确的问题,设计了船用堆自动棒动态反应性Simulink仿真模块。该模块作为船用堆物理热工参数快速计算Simulink程序的子模块,应用于船用堆典型动态过程仿真表明：该模块能够模拟动态过程中的自动棒棒位和相应的动态反应性,适用于船用堆物理热工参数快速计算,对船用堆动态过程的仿真和物理热工参数快速计算有重要意义。     

脉冲堆驱动线抗震分析

脉冲堆驱动线结构大多为细柔部件,且对其传动功能的要求较高。因此,首先将堆桥及整个驱动线作为一个完整的力学模型进行分析,其次分析各个子结构。并将计算结果与实验结果作了比较,表明分析的结果是可靠的,证明子结构法是一种简便实用、行之有效的分析方法。最后用响应谱法的结果对关键部位作出了初步地震安全评价。