中子输运计算的OpenFOAM应用及其降阶研究

论文摘要

反应堆堆芯计算的核心方程是中子输运方程,中子输运方程是一个复杂的微分-积分方程,使用数值计算对其进行求解是一种相对有效的方式。目前,反应堆的发展较快,新一代反应堆结构复杂,对于多物理计算要求较高。而目前的中子输运计算程序大都基于中子输运计算方法开发,对于多物理计算能力较差;同时,目前具有较强多物理计算能力的软件大都是商业软件,难以深入开发计算复杂的中子输运过程。鉴于此,本文基于耦合多物理计算的开源软件OpenFOAM建立了中子输运开源求解程序;为了提高中子输运计算效率,引入POD降阶方法,建立了中子输运低阶模型。本文首先将中子输运常用的扩散近似方程在OpenFOAM中实现,建立了中子扩散求解器NDEFoam,在其中实现了能群离散、特征值计算以及瞬态动力学计算,完善了OpenFOAM计算的拓展应用。使用该程序计算典型基准问题,结果表明了该程序的正确性以及较广的适用范围。该求解器能够满足大型反应堆计算要求,同时提高了其多物理计算能力以及深入开发的扩展性能。本文使用离散坐标法求解中子输运方程,将该过程在OpenFOAM中实现,建立了中子输运方程求解器NTEFoam。完善其多群计算、特征值计算以及动力学计算模块,实现了复杂边界条件的处理。计算典型基准问题,结果表明了该程序的正确性及较广的适用范围。该求解器能够满足现代反应堆对于计算精度的要求,也为其计算复杂多物理过程提供了一个统一的数值方法与深入研究的可能性。本文在中子输运计算中引入本征正交分解（POD）降阶理论,基于离散坐标法建立了中子输运低阶模型NTEROM。向模型中添加多群计算、特征值计算及动力学计算模块,通过典型基准问题验证了该低阶模型的正确性及适用范围。该低阶模型能够在保证计算精度的前提下显著提高中子输运计算效率,同时也能够在一定范围内进行稳态优化问题预测以及瞬态动力学问题预测计算。

论文目录

摘要

ABSTRACT

物理量名称及符号表

第1章绪论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 中子输运计算程序的发展

1.2.2 POD降阶理论的发展及应用

1.3 本文的主要研究内容

第2章中子扩散求解器NDEFOAM开发

2.1 引言

2.1.1 瞬态中子扩散方程

2.1.2 中子扩散方程的本征值问题

2.1.3 扩散中子动力学方程

2.2 算例验证

2.2.1 二维稳态TWIGL基准问题

2.2.2 三维稳态LRA基准问题

2.2.3 三维稳态LMW基准问题

2.2.4 二维瞬态TWIGL基准问题

2.2.5 三维瞬态LMW基准问题

2.3 本章小结

第3章中子输运求解器NTEFOAM开发

3.1 引言

3.1.1 瞬态中子输运方程

3.1.2 中子输运方程的本征值问题

3.1.3 瞬态中子输运方程的动力学问题

3.2 算例验证

3.2.1 一维偏心局部源问题

3.2.2 二维平面局部源问题

3.2.3 二维稳态TWIGL基准问题

3.2.4 二维稳态KNK-Ⅱ基准问题

3.2.5 三维稳态LWR基准问题

3.2.6 二维瞬态TWIGL基准问题

3.3 本章小结

第4章中子输运低阶模型NTEROM

4.1 引言

4.1.1 快照求解POD基

4.1.2 Galerkin投影建立低阶模型

4.1.3 本征值中子输运低阶模型

4.1.4 瞬态中子动力学低阶模型

4.2 算例验证

4.2.1 二维平面局部源问题

4.2.2 稳态二维多群TWIGL基准问题

4.2.3 二维瞬态TWIGL基准问题

4.3 低阶模型预测计算

4.3.1 二维平面局部源问题

4.3.2 二维瞬态TWIGL基准问题

4.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 羊俊合

导师: 严利明

关键词: 中子扩散,中子输运,降阶方法

来源: 哈尔滨工业大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 物理学,核科学技术

单位: 哈尔滨工业大学

分类号: TL329.2

DOI: 10.27061/d.cnki.ghgdu.2019.004199

总页数: 101

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