局部空间内氢气爆炸程序开发及应用

针对反应堆安全壳或厂房局部空间内氢气爆炸过程,利用Fortran 90语言开发了氢气爆炸数值分析程序。采用单步反应模拟氢气与空气的化学反应,采用5阶精度的WENO求解对流项,时间步进采用3阶精度的龙格-库塔方法,对局部二维空间内氢气/空气/水蒸气预混气的爆炸过程进行了数值模拟。采用开发的程序计算了两种典型的激波管问题以验证程序的准确性,并用该程序分析了带隔间的沸水反应堆厂房局部空间内的氢气爆炸过程。计算结果表明：爆炸过程中最大的压力峰值来源于冲击波与反射波之间的碰撞,最大的冲击波压力和温度高达7.5 MPa和3 245 K。由此可得,安全壳内的氢气爆炸过程可能会威胁到安全壳的完整性,导致放射性物质释放。     

基于MOOSE平台的高阶全隐式核反应堆一回路系统分析

基于多物理场耦合平台MOOSE开发了模块化系统安全分析程序ZEBRA,并采用高阶全隐式离散格式建立了核反应堆一回路系统模型,对核反应堆系统中子扩散、二维固体导热和一维流体进行耦合计算。针对单管流动传热问题,对ZEBRA程序进行了耦合验证,对比了稳态工况下一阶、二阶空间离散格式和瞬态工况下Implicit-Euler、Crank-Nicolson、BDF2 这3种时间离散格式的求解精度,并对压水堆回路系统稳态和降功率瞬态工况进行了模拟分析。结果表明,高阶空间离散格式具有较高的求解精度,BDF2时间离散格式与理论解符合最好;压水堆回路系统温度、速度、压力分布合理,稳态、瞬态计算结果与RELAP5程序计算结果符合良好。      

水平管冷凝流动不稳定性分析

通过搭建水平管模型,采用RELAP5程序模拟计算了冷凝管内冷凝流动不稳定性现象,程序计算的稳定性边界与Bhatt理论稳定性公式计算结果符合良好。瞬态分析结果表明,冷凝管内气体压力与两相段长度不匹配是造成冷凝流动不稳定性的主要原因,进而引起冷凝出口流量震荡。冷凝管参数影响分析表明,更小的流动管径与更大的流通截面积有助于冷凝流动稳定,而入口流量的影响则相对复杂。     

节块展开法求解对流扩散方程的稳定性和数值耗散特性分析

本文研究了节块展开法求解对流扩散方程的稳定性和数值耗散特性。通过离散方程精确解和数值实验方法分析不同阶节块展开法的稳定性和数值耗散特性,并将其与有限体积法中的中心差分和一阶迎风格式进行对比。结果表明:偶数阶节块展开法的稳定是有条件的,即Peclet数(Pe)小于限值,且Pe限值会随展开阶数的增大而增大,其稳定性范围和精度均优于中心差分格式;奇数阶节块展开法是无条件稳定的,但随Pe的增大,数值耗散增大、计算误差增大,且当Pe大于一定值后,产生的数值耗散大于一阶迎风格式。     

对角隐式龙格库塔法在求解瞬态对流扩散方程中的应用

开发高效求解瞬态对流扩散方程的方法,其空间离散采用改进的节块展开方法(MNEM),时间离散分别选取2阶和4阶精度的对角隐式龙格库塔(DIRK)方法。数值实验结果表明,程序的计算结果同解析解符合很好;MNEM具有跟踪强烈温度变化的能力;两种时间离散方法的效率与问题以及选取的误差限值相关。     

三维氢气爆炸分析程序的开发及初步验证

本文针对核反应堆严重事故下的氢气爆炸现象开发了数值分析程序DEST,采用单步反应模型模拟氢气与氧气化学反应过程,在保证精度的情况下提高了计算效率;在时间步进方法上,采用了二阶附加半隐式的龙格库塔(ASIRK)法,有效地解决了源项带来的刚性问题;采用稳定、高精度的对流离散格式(5rd WENO格式)处理对流项,用于精确捕捉冲击波断面处的参数变化;采用牛顿拉夫逊迭代方法计算混合气体温度,减少了迭代次数;采用多块网格对接技术处理程序应用过程中遇到的复杂几何。在此基础上,对单步化学反应模型进行测试,并给出了合理的模型参数选择。最后将DEST程序用于分析RUT台架爆炸实验,计算结果初步证明了分析程序DEST用于氢气爆炸动态特性分析的正确性。     

对角隐式龙格库塔法在求解瞬态对流扩散方程中的应用

开发高效求解瞬态对流扩散方程的方法,其空间离散采用改进的节块展开方法(MNEM),时间离散分别选取2阶和4阶精度的对角隐式龙格库塔(DIRK)方法。数值实验结果表明,程序的计算结果同解析解符合很好;MNEM具有跟踪强烈温度变化的能力;两种时间离散方法的效率与问题以及选取的误差限值相关。     

改进型低温供热堆二次侧非能动余热排出系统不稳定性分析

研究了改进型低温供热堆非能动余热排出系统不稳定性问题。采用RELAP5程序计算分析了非能动余热排出系统瞬态响应情况,余热排出系统冷凝管内由于压力与两相段长度不匹配出现冷凝两相流不稳定性。采用RELAP5程序数值计算所得冷凝流动稳定性边界与Bhatt公式理论分析结果符合良好。增大冷凝管入口节流,增加冷凝管流通面积、换热面积,可以避免冷凝流动不稳定性。     

声场驱动下泡壁运动方程的理论分析

声场驱动条件下的泡壁运动方程一直是泡动力学领域的重要研究内容。当泡壁运动方程用于预测高马赫数下的气泡振荡特性时，为满足计算精度的需求，应该充分考虑液体的可压缩性。在声场驱动条件下，本文数值研究了含二阶马赫数修正的泡壁运动方程（简称“二阶方程”）在不同马赫数条件下对气泡振荡特性重要物理量的预测。围绕声场振幅和声场频率两个物理参数，将二阶方程与一阶马赫数修正的泡壁运动方程（简称“一阶方程”）的预测结果进行深入地对比分析。研究发现，在高马赫数条件下，一阶方程和二阶方程预测的气泡半径、泡壁速度和泡壁加速度均存在较大的差异，导致二者所预测的声耗散功率和热耗散功率也存在较为明显的差异。本研究为声场驱动下的泡动力学领域提供了理论模型的选择依据。     

用于求解细网SP3中子输运方程的两节块方法的精度与效率分析

采用两节块方法求解细网3阶简化球谐函数(SP3)中子输运方程,该方法只对零阶角通量密度的拉普拉斯算子进行节块法处理,对应的零阶通量密度采用2阶展开,横向泄漏采用零阶近似;以此方法开发了适用于细网全堆输运计算的CORCA-PIN程序,该程序同时集成了细网有限差分方法。验证算例采用KAIST 3A基准问题及扩展三维问题。数值结果表明,采用栅元1×1划分的两节块法具有可接受的计算精度,而计算时间只有相同精度的细网有限差分方法的11%。因此,本文提出的两节块方法适用于细网SP3中子输运方程计算。     

DFX软件环境中算法集成方法

禁核试国家数据中心信号检测与特征提取(DFX,Detection and Feature Extraction)软件主要完成对波形数据的信号检测和特征提取功能。DFX软件提供了一个通用的信号处理软件环境,具有良好的集成特性,为算法研发人员提供了一个真实环境下的算法测试评估环境。主要探讨了在DFX软件环境中进行新算法集成的通用技术方法,以实现一个斐波纳契数列算法在DFX中的集成应用,验证集成方法的正确性和有效性。     

157组组件堆芯燃料管理方案设计及其经济性分析

157组燃料组件组成堆芯的燃料管理方案有1/3堆芯年换料、1/4堆芯年换料、18个月换料等多种策略,本文给出了常见的5种燃料管理方案的平衡循环主要计算结果。然后对这5个燃料管理方案的平衡循环进行经济性分析计算,逐一介绍关系到电站收益的发电量的计算、关系到电站成本的燃料费用的计算以及由于燃料管理策略中换料周期的不一样导致的停堆维修频率不一样而产生的对电站成本的影响。通过这5个燃料管理方案设计及其经济性分析比较,推荐采用72组富集度为4.45%的长循环换料方案作为157组燃料组件堆芯燃料管理主推方案,实用性较强。     

核能级纲图绘制

移植了绘制核能级纲图程序ＰＲＥＮＤ。研制了把ＰＲＥＮＤ绘制的核能级纲图在宽行打印机和激光打印机上再现的程序ＰＳＣ和ＰＳＣ－１。以＾１９７Ｔｌε衰变和＾６１Ｍｎβ＾－衰变的核能级纲图为例，说明其性能。     

157组组件堆芯燃料管理方案设计及其经济性分析

157组燃料组件组成堆芯的燃料管理方案有1/3堆芯年换料、1/4堆芯年换料、18个月换料等多种策略,本文给出了常见的5种燃料管理方案的平衡循环主要计算结果.然后对这5个燃料管理方案的平衡循环进行经济性分析计算,逐一介绍关系到电站收益的发电量的计算、关系到电站成本的燃料费用的计算以及由于燃料管理策略中换料周期的不一样导致的停堆维修频率不一样而产生的对电站成本的影响.通过这5个燃料管理方案设计及其经济性分析比较,推荐采用72组富集度为4.45％的长循环换料方案作为157组燃料组件堆芯燃料管理主推方案,实用性较强.     

LEVEL SET输运方程的求解方法及其对气-液两相流运动界面数值模拟的影响

用数值模拟方法来研究气-液两相流动与传热现象是当今多相流领域的一个热门课题。由于两相流固有的复杂性,气-液两相流界面迁移现象的数值模拟一直是两相流研究中的一大难点。本文介绍了捕捉气-液两相流相界面运动的水平集方法(Level Set)及其研究进展,介绍了求解Level Set输运方程的3种方法,即一般差分格式、Superbee-TVD格式和Runge-Kutta法-5阶WENO组合格式。结合主流场的求解,分别用这3种方法对4种典型相界面在5种流场中的迁移特性进行了模拟计算,并对计算结果进行了比较和分析。结果表明,Runge-Kutta法-5阶WENO组合格式求解LevelSet输运方程的效果最好,在以后的计算中将主要采用这种组合格式来进行气-液相界面输运方程的求解。     

屏蔽计算中空间差分格式适应性研究

在离散纵标方法中,空间变量的处理是求解输运方程的重要部分,对于屏蔽计算问题更加敏感。传统的菱形差分格式易产生非物理解--负通量,大多数理论采用置零修正方法解决,该方法虽能消除负通量,但会降低菱形差分的计算精度,并引发通量密度的空间震荡。本文通过研究带权重差分格式和θ权重差分格式,引入权重系数以保证外推通量密度的非负性。在θ权重差分格式基础上,研究定向θ权重差分格式,通过引入方向权重因子,使得在外推通量非负的前提下,最大程度减缓通量密度的非物理震荡。在NATELSON基准题中,与DORT计算结果对比,通量密度最大相对偏差为2.7%。通过在不同屏蔽计算问题上的应用与分析,结果表明,定向θ权重差分格式更适于屏蔽计算问题（深穿透问题）。     

^229Ra的衰变

用１４ＭｅＶ中子轰击钍靶，通过２３２Ｔｈ（ｎ，α）２２９Ｒａ反应产生２２９Ｒａ，用放射化学方法从被照靶物质中分离出２２９Ｒａ。利用γ（Ｘ）谱学方法，首次观测到了能量分别为１４．５，１５．６，１８．８，２１．８，２２．５，４４．０，４７．５，５５．０，６３．０，６９．６，９３．６，９４．１，９８．５，１０２．２，１０４．５，１０６．１，１６１．１，１７１．５ｋｅＶ的２２９Ｒａ衰变的１８条新γ射线，建立了２２９Ｒａ的部分衰变纲图。     

~(61)Cu的衰变

使用Ge(Li)和HpGe探测器、Nal-Ge(Li)γ-γ符合谱仪、半导体电子谱仪研究了~(81)Cu的衰变。测到了来自12个激发能级的35条γ射线,结果表明:“Table of Isotopes”(7th edition 1978)的~(61)Cu纲图中的545keV、1019keV γ射线及1019keV能级是不正确的。测得~(61)Cu的半衰期和67keVγ跃迁的内转换系数分别为T_(1/2)=207.7±1.6min及α=0.12±0.01,并作出衰变纲图。本文着重讨论有分歧的1014、1019、1997三个能级及一些弱γ射线的存在问题。     

Analytical reconstruction scheme for the coarse-mesh solution generated by the spectral nodal method for neutral particle discrete ordinates transport model in slab geometry

Coarse-mesh numerical methods are very efficient in the sense that they generate accurate results in short computational time, as the number of floating point operations generally decrease, as a result of the reduced number of mesh points. On the other hand, they generate numerical solutions that do not give detailed information on the problem solution profile, as the grid points can be located considerably away from each other. In this paper we describe two steps for the analytical reconstruction of the coarse-mesh solution generated by the spectral nodal method for neutral particle discrete ordinates (S_N) transport model in slab geometry. The first step of the algorithm is based on the analytical reconstruction of the coarse-mesh solution within each discretization cell of the grid set up on the spatial domain. The second step is based on the angular reconstruction of the discrete ordinates solution between two contiguous ordinates of the angular quadrature set used in the S_N model. Numerical results are given so we can illustrate the accuracy of the two reconstruction techniques, as described in this paper.     

中子学和热工水力学耦合计算方式的研究

目前在反应堆设计和安全分析中,大量使用由已有的中子学计算程序和热工水力学计算程序连接而成的耦合程序。耦合方式的不同直接影响计算速度和精度。本文介绍了对几种不同的耦合方式所做的数值计算研究,得到一些有启发性的结果.