[发明专利]一种压水堆核热耦合的计算方法

说明书

本发明公开一种压水堆核热耦合的计算方法，方案可以包括：建立待分析的压水堆堆芯的中子扩散方程组和热工水利方程组，将所述中子扩散方程组和所述热工水利方程组进行耦合，得到核热耦合方程组；动态调整预处理矩阵及残差方程组格式；动态更新预处理矩阵及残差方程组；结合预处理矩阵的JFNK求解核热耦合残差方程组；判断JFNK求解收敛性并调节仿真步长；判断仿真过程是否结束。

技术领域

本发明涉及核反应堆堆芯技术领域，具体而言，涉及一种压水堆核热耦合的计算方法。

背景技术

反应核热耦合技术能够将反应堆中复杂的中子扩散方程组和热工水利方程组联立，以完成对堆芯中子和热工水力等物理场的仿真。当前，传统的耦合技术主要是通过算符分解(Operator Splitting，OS)方法或Picard迭代方法。OS方法将中子扩散方程组模块和热工水利方程组模块分别求解后的部分解作为对方边界条件的新估计，在每个时间步内交替计算直到仿真结束。该方法由于在瞬态计算中各物理场参数的更新存在滞后，要求耦合时间步长较小，否则将引起较大误差。而Picard迭代方法在每个时间步内，要求中子扩散方程组和热工水力方程组迭代收敛后，再推进下一个时间步。Picard迭代方法是一种支持全隐式耦合的方法，能够确保每个时间步内完成收敛，可以适当增大时间步长，但是存在计算速度慢、计算稳定性较弱的问题。

无雅可比克雷洛夫子空间方法(Jacobian-Free Newton–Krylov,JFNK)方法是一种强耦合算法，其将待耦合的扩散方程组和热工水利方程组置于大型矩阵中统一求解，以保证迭代求解过程中参数的统一更新，从而提高收敛速度并减小迭代误差。一般而言，JFNK方法相较于传统的算符分解法或Picard迭代法，具有更快的收敛速度、更高的收敛精度、更好的计算稳定性。因此，采用JFNK方法有利于提高压水堆核热耦合仿真的计算效率。但是在瞬态仿真中，压水堆冷却剂相变时，若统一使用两相流体方程兼容单相流体方程，则可能会出现病态，甚至退化为不定方程组而造成失真的现象。而如果在出现相变时，根据具体情况列出相应方程，再联立求解可以解决病态方程组和不定方程组的问题。但是JFNK方法本身在大型矩阵联立求解时，其计算流程较为复杂，且扩展能力不强。当物理场方程组数目和格式均发生变化时，使得整个待解矩阵发生变化，对JFNK算法而言是一项挑战。因此，如何利用JFNK方法稳定高效地求解压水堆两相核热耦合是一个待解决的技术问题。

发明内容

本发明提供一种压水堆核热耦合的计算方法，用以克服现有技术中存在的至少一个技术问题。

本发明实施例提供一种压水堆核热耦合的计算方法，包括：

步骤S1、建立待分析的压水堆堆芯的中子扩散方程组和热工水利方程组，将所述中子扩散方程组和所述热工水利方程组进行耦合，得到核热耦合方程组；利用扩展节块法对所述中子扩散方程组进行离散化处理，得到第一网格集和，以及利用子通道法对所述热工水利方程组进行离散化处理，得到第二网格集和；建立所述第一网格集和所述第二网格集和之间的映射关系；所述第一网格集和和所述第二网格集和基于对所述压水堆堆芯采用相同的网格划分方式而得到；

根据所述压水堆堆芯的物理场的边界条件和初始条件，初始化所述堆芯的物理场的参数，利用少群截面库初始化包括输运截面、散射截面、吸收截面、裂变截面、中子产生截面等反应截面在内的物理量；

根据下述公式计算初始的时间步长，计算公式如下：

其中，符号Δt表示允许的最大时间步长；符号Δx_i表示单元网格尺寸，单位为m；符号U_i表示单元网格中的最大速度，单位为m/s；符号η表示大于0经验系数；

步骤S2、动态调整预处理矩阵及残差方程组格式，具体包括：

步骤S21、读取相对于待分析时刻的上一时刻的各物理参数，计算出过程参数，将所述过程参数存入计算机内存；