[发明专利]一种基于特征线的空间区域分解并行加速方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于特征线的空间区域分解并行加速方法及系统，该方法包括：通过特征线方法对反应堆堆芯进行计算，得到细网格与特征线段；获取特征线与细网格交点的出射角通量并进行计算，得到细网格的平均标通量；通过内外迭代策略对细网格的平均标通量进行求解，得到中子标通量分布和堆芯增值因子。通过使用本发明，通过并行广义极小残差算法，加速空间区域分解内界面角通量的收敛，提高收敛速率，进而提高空间区域分解并行MOC方法的计算效率。本发明作为一种基于特征线的空间区域分解并行加速方法及系统，可广泛应用于核反应堆堆芯设计和反应堆物理数值计算领域。

技术领域

本发明涉及核反应堆堆芯设计和反应堆物理数值计算领域，尤其涉及一种基于特征线的空间区域分解并行加速方法及系统。

背景技术

作为核反应堆系统分析计算的基础，反应堆物理分析计算通过求解中子输运方程，获得堆芯反应性和全堆精细功率分布，为快速开展先进核动力堆芯研发，需要研发先进的高精度反应堆物理设计软件；为模拟复杂结构堆芯，国内外正广泛开展基于精确物理模型和精细几何建模的“一步法”反应堆物理计算方法研究，三维中子输运方程的中子角通量包含7个因变量(空间3维、角度2维、能量1维、时间1维)，导致精确的数值模拟非常困难，现阶段常用的中子输运特征线方法(MOC)方法兼具计算精度高、几何适应性好、能够精确处理各向异性散射、可并行维度多等优点，是非常重要的“一步法”三维全堆中子输运计算方法，但是，MOC方法计算量较大、内存消耗较高，必须基于大规模并行计算技术，空间区域分解并行是实现大规模并行计算的重要途径，然而，空间区域分解的子区域耦合本质上是分块雅可比迭代过程，随着MOC方法区域分解子区域数目的增长，耦合的内界面角通量数目迅速增长，收敛速率变慢，迭代次数快速增长，导致计算效率降低。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种基于特征线的空间区域分解并行加速方法及系统，通过并行广义极小残差算法，加速空间区域分解内界面角通量的收敛，提高收敛速率，进而提高空间区域分解并行MOC方法的计算效率。

本发明所采用的第一技术方案是：一种基于特征线的空间区域分解并行加速方法，包括以下步骤：

通过特征线方法对反应堆堆芯进行计算，得到细网格与特征线段；

获取特征线与细网格交点的出射角通量并进行计算，得到细网格的平均标通量；

通过内外迭代策略对细网格的平均标通量进行求解，得到中子标通量分布和堆芯增值因子。

进一步，所述通过特征线方法对反应堆堆芯进行计算，得到细网格与特征线段这一步骤，其具体包括：

通过特征线方法对反应堆堆芯进行计算，获取空间区域与特征线；

通过特征线对空间区域进行划分处理，得到细网格与特征线段。

进一步，所述特征线为特征线形式的多群中子输运方程，其表达式具体如下所示：

上式中，表示中子角通量，g表示能群标号，f表示MOC细网格编号，t表示特征线编号，m表示方位角编号，n表示极角编号，s表示特征线坐标，表示MOC细网格f的g群总截面，q^g，i表示网格f的g群源项分布。

进一步，所述获取特征线与细网格交点的出射角通量并进行计算，得到细网格的平均标通量这一步骤，其具体包括：

基于平源近似原理，获取特征线与细网格交点的出射角通量；

求取特征线段上的积分方程并进行取平均处理，得到特征线段的平均角通量；

基于特征线段的方位角与极角，对特征线段的平均角通量进行方向求积组处理，得到细网格的平均标通量。

进一步，所述细网格的平均标通量的表达式如下所示：