NECP-X中基于改进泄漏项分割技术的二维/一维耦合输运方法

二维/一维耦合输运方法较好地平衡了效率与精度,因此被广泛应用于一步法全堆芯输运计算。二维/一维耦合输运方法中,由于泄漏项在方程右端,导致二维特征线法(MOC)计算时方程右端总源项在迭代过程中可能成为负值,造成迭代发散。本文针对二维/一维耦合输运计算中的负源项问题,提出了一种改进的泄漏项分割方法。新的泄漏项分割方法可在不造成计算精度损失和仅增加有限内存的条件下,显著提高二维/一维耦合输运方法的稳定性。通过强泄漏算例、C5G7基准题、VERA-3A基准题等进行测试,表明该方法对提高二维/一维耦合输运方法稳定性具有显著的效果。     

NECP-X中基于改进泄漏项分割技术的二维/一维耦合输运方法

二维/一维耦合输运方法较好地平衡了效率与精度,因此被广泛应用于一步法全堆芯输运计算。二维/一维耦合输运方法中,由于泄漏项在方程右端,导致二维特征线法(MOC)计算时方程右端总源项在迭代过程中可能成为负值,造成迭代发散。本文针对二维/一维耦合输运计算中的负源项问题,提出了一种改进的泄漏项分割方法。新的泄漏项分割方法可在不造成计算精度损失和仅增加有限内存的条件下,显著提高二维/一维耦合输运方法的稳定性。通过强泄漏算例、C5G7基准题、VERA-3A基准题等进行测试,表明该方法对提高二维/一维耦合输运方法稳定性具有显著的效果。     

基于数字化反应堆物理计算程序SHARK的一步法输运计算方法研究

为建立基于数字化反应堆技术的新一代反应堆物理计算方法,实现数字化反应堆高保真建模、高分辨率高精度计算,基于数字化反应堆物理计算程序SHARK,开展了一步法输运计算方法研究,建立并比较了二维/一维方法及准三维特征线输运方法;基于空间区域分解及粗网有限差分(CMFD)的大规模并行加速技术,实现了棒状堆芯及板状堆芯的全堆规模一步法输运计算。数值结果与蒙特卡罗程序基准解相比,特征值偏差小于100pcm(1pcm=10^-5),最大棒功率、板功率偏差小于3%,验证了SHARK程序一步法输运计算方法具有良好计算精度,能够适用于棒状、板状堆芯等多应用场景。     

NECP软件包中NECL子群数据与任意几何共振模块研制

本文基于子群方法对NECP软件包开发了多群数据库模块和子群共振计算模块。采用本实验室开发的二维任意几何输运程序矩阵MOC作为子群共振模块的求解器。使用MCNP与子群程序计算一系列的共振基准题,并比较了两者所计算的无限增殖因数k_inf和²³⁵U与²³⁸U的微观截面。结果表明,子群程序对任意几何有良好的适应性和精度,可适用于二维任意几何的共振计算。     

基于特征线方法的二维/三维耦合算法研究

目前高保真物理计算中大多采用基于特征线方法(MOC)的二维/一维(2D/1D)耦合方法作为中子输运求解器,经典的2D/1D耦合中子输运算法中,泄漏项计算的准确度直接影响最终收敛结果的计算精度。为了获取更精确的泄漏项,在二维/三维(2D/3D)耦合方法中采用3D全局离散纵标方法(SN)计算得到轴向泄漏项,给2D MOC进行计算,同时2D MOC为3D SN计算提供均匀化截面。为保证3D SN计算能够考虑到栅元内部注量分布,计算出射角通量时引入注量修正因子。在2D/3D耦合计算中,对2D MOC和3D SN计算进行迭代,直至问题得到收敛。基于2D/3D耦合方法,开发了相应的程序,通过对C5G7基准题的计算可知,2D/3D耦合方法在减少MOC计算层数的情况下可以获得很好的计算结果,初步具备小堆芯一步法输运计算的能力。     

基于蒙特卡罗方法与指数欧拉法耦合的反应堆三维燃耗计算程序的研发

燃耗计算在反应堆设计、分析研究中起着重要作用.一维、二维耦合燃耗程序因其几何限制难以满足先进反应堆精细设计分析的要求.本文研发了基于蒙特卡罗方法与指数欧拉法耦合的三维燃耗程序.程序采用编写耦合MCNP与FISPACT的接口程序的方法,结合了MCNP处理复杂几何能力强,FISPACT计算核素全面、能谱多样的特点,实现了考...     

基于CSG和OpenMP的复杂几何输运计算程序开发及验证

为了适应材料几何布置越来越复杂的小型研究堆计算需求,基于构建实体几何理论和矩阵特征线方法,开发了具有复杂几何输运计算能力的2维特征线程序MOCAGE,并采用OpenMP并行编程模型对几何前处理中的特征线追踪进行并行化设计。通过不规则几何问题以及3种不同控制棒布置形式的HTTR基准题对程序的特征线追踪能力与计算精度进行评估,给出了计算结果与MCNP5多群计算参考值的相对误差。结果表明:所开发的程序能够正确实现对复杂对象的几何建模并进行特征线追踪,计算结果与参考值符合较好,精度满足程序验证要求,采用OpenMP并行编程能显著减少几何预处理时间。     

模块化2D/1D耦合特征线法MMOC程序开发及验证

本文基于耦合求解的思想,轴向、径向均采用特征线法（MOC）,通过开展2D/1D耦合MOC理论模型、模块化几何预处理方法研究,开发了2D/1D耦合MOC 3D中子输运求解程序MMOC,并开展了1D/2D/3D C5G7基准题验证。k_eff的相对误差分别为0.082%、0.045%、0.032%,该程序准确有效,计算精度满足中子输运计算的要求。     

反应堆堆芯先进中子学模拟软件SCAP-N研发

堆芯中子学计算是反应堆设计分析的基础,为提高堆芯中子学计算的模拟分辨率与计算精度,开发了反应堆堆芯先进中子学模拟软件（SCAP-N）。该程序首先根据轴向特征对堆芯进行分层,并逐层进行二维堆芯非均匀输运计算,再采用超级均匀化方法（SPH）获得栅元等效均匀化截面,最后进行三维堆芯逐棒（pin-by-pin）输运计算,获得堆芯有效增殖因子与精细棒功率分布。为提高程序计算效率,采用分布式/共享式（MPI/OPENMP）混合并行方式对程序进行了并行化开发。利用虚拟反应堆（VERA）系列基准例题及美国先进非能动压水堆（AP1000）启动物理试验实测数据对程序进行了测试验证。结果表明,相比于商用核设计程序系统,SCAP-N程序采用的逐棒输运技术能够提高堆芯中子学的计算精度。与同类型高精度中子学程序相比,SCAP-N具有更高的计算效率,可进一步提高核电厂的经济性及运行灵活性。      

基于离散纵标法的三维耦合燃耗与活化计算方法的发展

燃耗与活化分析在反应堆的燃耗管理与辐射屏蔽设计分析中起关键性的作用.基于一维、二维的输运程序的燃耗与活化分析方法难以解决复杂几何和强烈各向异性散射问题.本文通过耦合三维离散纵标(SN)方法粒子输运程序以及指数欧拉法活化计算程序,发展了快速精确的三维耦合燃耗与活化计算方法.该方法考虑了共振自屏效应动态修正,并采用重要核素...     

异构系统三维高保真堆芯中子输运计算程序ALPHA研发进展

ALPHA是哈尔滨工程大学核动力仿真研究中心研发的基于异构系统的三维高保真堆芯中子输运计算程序。ALPHA程序基于性能优化的二维特征线装载图形处理单元（GPU）并行计算核心,基于MPI+CUDA混合编程模型实现粗细粒度的异构系统多节点并行并应用通信掩盖优化。ALPHA的共振计算模型采用原创的细群 子群二级离散策略并采用多群求解核心适配异构系统。ALPHA采用MOC EX实现三维全堆芯中子输运异构并行计算及GPU并行的粗网有限差分加速。数值结果表明,ALPHA程序在保证计算精度的前提下,具备较高的并行效率和一定的可扩展性,有望实现数值反应堆中中子学计算的轻量化与工程化应用。     

六角形布置反应堆高保真物理计算方法研究与验证

俄罗斯商用压水堆VVER和大多数实验堆均采用了六角形紧凑型栅格布置,为了实现VVER和六角形实验堆的高保真数值模拟分析,本文基于数值反应堆物理计算程序（NECP-X）开展了六角形堆芯高保真计算方法研究和程序开发。首先,将全局-局部耦合共振自屏计算方法拓展至六角形堆芯,实现六角形堆芯燃料棒的全堆芯高精度共振计算;其次,基于2D/1D耦合输运计算方法研究了六角形堆芯的高保真计算方法;最后,为了提高全堆芯计算的计算效率,研究了基于区域分解松耦合的非结构网格的粗网有限差分（CMFD）加速方法,可以实现以矩形、六角形和其他多边形栅元为基础的pin-by-pin CMFD 加速。为了验证六角形堆芯高保真计算方法的精度和效率,计算了六角形C5G7基准问题,并分析了六角形输运计算方法的计算精度和CMFD方法的加速效果;将NECP-X程序应用于西安脉冲堆的2D全堆芯计算,与蒙特卡罗程序的结果对比表明NECP-X程序计算得到的特征值和功率分布均具有较高精度。因此,本文建立的六角形堆芯高保真计算方法可以应用于六角形堆芯的分析计算。      

数字化反应堆高保真中子学程序SHARK研发

SHARK程序是由中国核动力研究设计院新近研发的基于全堆芯确定论非均匀输运理论体系的数字化反应堆软件。该软件从多群数据库的截面与共振数据出发,采用改进子群方法刻画有效共振截面的复杂非均匀效应,采用二维/一维或准三维特征线方法开展堆芯层面非均匀输运计算。目前该程序的定态微观问题计算能力已建立完毕。数值结果显示,SHARK程序对于商用压水堆相关基准问题具有良好的计算精度和效率。     

基于GPU并行的二维时空中子动力学MOC程序开发及验证

目前特征线方法（MOC）被广泛应用于反应堆精细中子输运计算。为提高基于MOC方法的时空中子动力学输运计算效率,本文开发了ALPHA程序的动力学计算模块,实现了基于GPU并行的二维精细动力学输运计算。同时,实现了基于GPU并行的CMFD加速计算,并对TWIGL基准题和MINI-CORE基准题进行验证。数值结果显示,基于GPU并行的中子动力学计算方法能保证良好的计算精度,且具有明显的加速效果。     

Convergence analysis of coarse mesh finite difference method applied to two-group three-dimensional neutron diffusion problem

This article presents the convergence analysis of the coarse mesh finite difference (CMFD) method applied to two-group (2-G) three-dimensional (3D) neutron diffusion problem. Two CMFD algorithms are examined: one-node (1-N) CMFD and two-node (2-N) CMFD. Two test problems are used for the study of the convergence behavior: a model problem of homogeneous 2-G 3D eigenvalue problem and the NEACRP LWR transient benchmark problem. The convergence rates of the 1-N and 2-N CMFD algorithms are numerically measured in terms of the convergence of current correction factors (CCFs). The numerical test results are presented as well as the comparison with the previous analytical study. Overall, 1-N CMFD with the CCF relaxation shows a comparable performance to 2-N CMFD for the realistic 3D rod ejection transients.     

YOSHIO NISHINA CENTENNIAL SYMPOSIUM on EVOLUTIONAL TRENDS OF PHYSICAL SCIENCE

Axially simplified method of characteristics in three-dimensional geometry (ASMOC3D) has been proposed, and the 3D neutron transport calculation code based on this method, SHIKOKU, has been developed. Since ASMOC3D handles 3D problems by a two-dimensional (2D) neutron track set and simplified treatment in axial direction, the required memory and the computational time are expected to be less than those required by a direct 3D characteristics calculation scheme. SHIKOKU is applied to two problems of 3D geometry and the results of these problems show good agreements with the reference solutions obtained by a Monte-Carlo code. SHIKOKU is also applied to an actual three-loop-type PWR core. The prediction error of the radial power distribution is satisfactory and it is shown that the computational time and the required memory for a whole-core calculation by ASMOC3D are not prohibitive for presently available PCs.     

二维MOC的CMFD加速计算模块开发与验证

DRAGON程序中的二维特征线法(MOC)计算模块包含多种加速方法,但加速效率很高的粗网有限差分(CMFD)加速算法并未得到应用。为提高DRAGON程序中现有的二维MOC计算模块的计算效率,开发了CMFD加速计算模块并探究其收敛稳定性。运用C5G7-2D基准题验证所开发的CMFD加速计算模块,验证结果表明,所开发的CMFD加速计算模块与DRAGON程序中原有的加速模块相比具有很高的计算效率,较同类计算程序OpenMOC有更好的收敛稳定性。     

离散节块输运方法在二维柱坐标系中的应用

讨论粗网离散节块法在二维柱坐标系内中子输运方程数值求解中的应用.给出方法的数学模型,在节块内中子通量采用二次近似,表面泄漏采用常数近似.根据所提出的理论模型,编制了考虑各向异性散射的二维节块输运程序DNSN/2D,并对一系列检验和基准问题作了计算.计算结果表明,与传统S_N方法相比,它具有很高的计算效率,在很粗的节块分割下具有非常高的精度.     

有限元SN中子输运模拟的区域分解并行

确定论中子输运方法具有计算速度快、可获取物理量的精细场分布、可高效多物理耦合等优点,随着有限元方法在中子输运模拟中的应用,复杂几何结构、大尺度下的屏蔽问题和临界问题都能得到高保真建模和分析。离散纵标（S_N）法是求解中子输运方程的有效数值方法,基于OpenMP并行机制对各独立离散方向进行并行求解,可提高S_N输运模拟的计算速度,但并行规模较有限。对几何空间进行区域分解并采用MPI并行机制,可实现大规模并行扩展,进而实现对大型问题的高精度快速求解。本文采用并行自适应非结构网格应用框架JAUMIN进行区域分解和进程间通信,通过并行S_N扫描实现了自主有限元输运程序ENTER的高效并行,完成正确性检验后在天河Ⅱ号超级计算机上使用1 440个CPU核完成了1.43×10⁷网格单元、2.81×10⁹自由度规模问题的测试,计算时间约7.4 h。表明该程序具备了有效模拟大型复杂结构中子输运问题的能力,具有一定工程应用价值。