[发明专利]适应于多堆型几何及特征线法的构造实体几何建模方法

说明书

本发明涉及一种适应于多堆型几何及特征线法的构造实体几何建模方法，包括(1)定义几何单元以及几何单元的布尔运算，并给出几何输入数据的描述方式；(2)设计读取输入文件的接口，将输入文件中的各个几何单元抽象成面向对象的数据类型，进行几何建模；(3)根据构建的几何模型，实现点所在的最底层材料元的查找，并实现平源近似区的生成。本发明可以根据指定的输入规则描述出不同堆型反应堆的几何结构，并通过接口将几何模型存储为面向对象的数据，并可以为后续使用特征线法求解中子输运方程完成几何预处理操作。

技术领域

本发明属于反应堆的几何建模方法，具体涉及一种适应于多堆型几何及特征线法的构造实体几何建模方法。

背景技术

特征线法(MOC，Method Of Characteristics)是广泛应用于求解中子输运方程的方法之一，其关键是对角度变量进行离散，在空间离散角的射线上求解微分形式的中子输运方程。这些射线被称为特征线，是假想的中子在几何中运动的飞行路线。特征线方法在理论上不对几何形状做任何限制，因此可以处理任意几何模型的输运计算。

输运计算的大致流程为：给定材料、几何、求积组，生成几何网格和特征线，求解特征线方程并输出结果。其中几何建模方式主要有构造实体几何(CSG，Constructive SolidGeometry)、有限元(FEM，Finite Element Method)等。CSG方法适合描述反应堆堆芯中组件和燃料棒的重复排布。其原理是使用若干简单的几何单元通过几何变换、布尔运算生成复杂的几何实体。其中，几何变换是指空间坐标的变换如旋转、平移等；布尔运算是指交、并、补、差等操作。CSG方法使用几何单元的解析式完成建模，如直线、平面、曲面方程。因此，采用CSG方法可以自然地描述反应堆堆芯的几何形状。

“Boyd W,Shaner S,Li L,et al.The OpenMOC method of characteristicsneutral particle transport code[J].2014.”采用CSG方法完成中子输运求解的几何建模部分，反应堆的燃料棒、组件、堆芯等可以通过点集的布尔运算描述，已经实现点集的交运算和矩形组件的几何建模。但其中用于建模的算法扩展性较差，不能处理更复杂的几何单元，也不能对大量重复的六角形栅元、组件进行建模，因此不能适用于快堆等堆型。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适应于多堆型几何及特征线法的构造实体几何建模方法，从而可以实现六角形栅元、组件和整个快堆的几何建模，并为后续使用特征线法求解中子输运方程完成几何预处理操作。

本发明的技术方案如下：一种适应于多堆型几何及特征线法的构造实体几何建模方法，包括如下步骤：

(1)定义几何单元以及几何单元的布尔运算，并给出几何输入数据的描述方式；

(2)设计读取输入文件的接口，将输入文件中的各个几何单元抽象成面向对象的数据类型，进行几何建模；

(3)根据构建的几何模型，实现点所在的最底层材料元的查找，并实现平源近似区的生成。

进一步，如上所述的适应于多堆型几何及特征线法的构造实体几何建模方法，步骤(1)中所述的几何单元包括：半空间、元、域、阵列；几何单元的布尔运算包括：交、补、旋转；几何输入数据采用CSG树的方式描述。

进一步，如上所述的适应于多堆型几何及特征线法的构造实体几何建模方法，步骤(2)中采用C++接口读取输入文件，将几何模型使用C++类进行存储。

进一步，如上所述的适应于多堆型几何及特征线法的构造实体几何建模方法，步骤(2)中针对六角形堆进行建模时，用一个小六角形表示一个燃料栅元--域，存储时按照平行四边形排列成阵列，阵列又作为元的填充物，为元设置六角形几何边界，将阵列分为两部分，六角形内为组件--元，六角形外为需删除的冗余数据，为保证数据的完整性，处于六角形直线上的域不被删除。