二维MOC与一维NEM耦合堆芯计算方法研究

摘要

目前这一代的堆芯物理分析方法是基于“二步法”发展起来的，理论上存在近似，难以满足当今日益复杂的堆芯设计需求。就现阶段的计算机水平而言，直接三维全堆输运计算耗费大量机时和资源，无法满足工程应用的需求。为了节约计算时间同时不失全堆输运计算的计算精度，国际上就二维/一维耦合迭代计算策略开展了大量的研究。由于特征线法（MOC）具有良好的几何适应能力和可与蒙特卡洛方法相媲美的计算精度，因此被选为二维输运计算方法，而在轴向的求解方法上可以有多种选择。
　　本文以开源组件计算程序 DRAGON中的二维 MOC计算模块为基础，开发二维MOC与一维节块展开法（NEM）耦合堆芯计算程序。首先本文探究了粗网有限差分（CMFD）加速算法应用于以栅元为基础的二维MOC计算的可行性，编写了CMFD加速算法模块并在DRAGON程序中实现循环迭代求解，并探究了CMFD方程求解的稳定性及其加速算法；后根据MOC扫描计算是针对各个空间角上的各条射线独立进行的这一特点，利用共享内存多线程并行环境OpenMP将DRAGON程序中的二维MOC计算模块实现并行化；最后，在前两项研究内容的基础上探究二维MOC与一维NEM耦合堆芯计算方法，充分利用DRAGON程序的应用编程接口（API）和CLE2000控制语言编写以三维 CMFD为全局框架的二维 MOC与一维 NEM耦合堆芯计算程序，并引入SUB-PLANE策略来提高在计算轴向强非均匀性问题时的计算精度。
　　验证计算结果表明：本文开发的用于加速二维MOC的CMFD加速算法与DRAGON程序中原有的加速算法相比，具有更好的加速效果，且与同类程序OpenMOC相比具有更好的收敛稳定性，本文运用的渐进源外推加速收敛技术能够有效的减少 CMFD方程求解时所需的源迭代次数；采用OpenMP将二维MOC并行化设计后，在多线程下有很高的并行效率；本文开发的以三维CMFD为全局框架的二维MOC与一维NEM耦合堆芯计算程序能够有效的求解三维堆芯Pin-by-Pin问题，能够在接近三维全堆输运计算精度的同时节约大量的计算时间和资源，本文引入的SUB-PLANE策略能够在增加少量计算量的同时提高具有很强轴向非均匀性问题的计算精度。

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第1章 绪 论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状

1.3 研究内容和主要工作

第2章 研究策略与程序简介

2.1 研究策略

2.2 DRAGON程序

2.3 二维MOC理论模型

2.4 本章小结

第3章 二维MOC的CMFD加速算法

3.1 二维多群CMFD加速算法

3.2 稳定性及源迭代收敛加速

3.3 数值验证

3.4 本章小结

第4章 MOC计算并行化设计

4.1 并行环境OpenMP

4.2 并行特征线法

4.3 并行效率数值验证

4.4本章小结

第5章 二维MOC与一维NEM耦合计算模型

5.1 二维/一维耦合计算模型

5.2数值求解流程

5.3 SUB-PLANE策略

5.4 数值验证

5.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢