一种具有氙瞬态模拟能力的压水堆燃耗跟踪计算方法

摘要

本发明公开了一种具有氙瞬态模拟能力的压水堆燃耗跟踪计算方法，采用现有的燃耗跟踪计算软件，对燃料有效温度采用模型，其中引入了多普勒效应放大系数值，该数值基于当前堆芯状态的氙振荡特性进行独立的计算评估，并经过多次计算调整，直至氙振荡特性成为收敛型，更新多普勒反馈放大系数后，对燃耗跟踪计算模型中常用的临界搜索参数堆芯有效增殖因子目标值模型进行相应的调整。本发明能够实现对压水堆运行氙瞬态过程轴向功率分布可靠的数值模拟，使得数值模拟与实际运行的偏差始终处于可接受的区间范围，确保计算软件对现场运行的支持能力不受工况变化影响。

说明书

技术领域

本发明属于核电站数值计算领域，涉及对加压水慢化冷却反应堆(压水堆)堆芯的计算模拟方法，具体涉及一种具有氙瞬态模拟能力的压水堆燃耗跟踪计算方法。

背景技术

压水堆功率运行是一个极为复杂的多物理场相互耦合的过程，相比其他工业装置，压水堆运行的安全性和经济性水平更加依赖计算机模拟软件对其进行数值模拟的精度表现。传统的压水堆核设计软件主要考虑堆芯稳定运行状态(即氙平衡态)的模拟，对氙瞬态的数值模拟并非其关注的重点；将核设计软件进一步用于现场运行支持还需要实现对氙瞬态过程的高精度数值模拟，这也是本发明的核心关注点。

氙瞬态过程中的氙振荡现象是压水堆功率运行工况变化阶段的固有特征，在大型压水堆中还时常会出现发散性的氙振荡过程。氙振荡会带来压水堆堆芯轴向功率分布的显著改变，因而与反应堆运行安全直接关联；在实际运行时，由于氙振荡的发展演变是一个相对慢的变化过程(小时级)，运行人员可以根据轴向功率分布的变化情况进行适当干预，以实现对氙振荡的有效抑制，维持轴向功率分布始终处于相对合理的区间。然而，核设计软件在较小的时间步长上根据实际的功率、棒位等工况历史对这一过程进行跟踪模拟时，一方面由于计算条件与实际情况很难完全吻合，另一方面数值模型与实际堆芯的计算偏差也客观存在，在实际运行过程中能够起到氙振荡抑制作用的参数变化(主要为控制棒棒位)对于数值模型而言，却往往不能及时起到氙振荡抑制的作用，甚至会使之恶化，从而使得数值模拟与实际情况越来越背离，这会极大限制核设计软件对现场运行的技术支持能力。

在现有的压水堆堆芯燃耗跟踪计算方法中，多普勒反馈效应通过不同燃料有效温度下燃料组件不同的宏观中子反应截面得到表达，公式如Σ＝Σ

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，提供一种用于模拟压水堆氙瞬态过程的数值计算方法，能够实现对压水堆运行氙瞬态过程轴向功率分布可靠的数值模拟，使得数值模拟与实际运行的偏差始终处于可接受的区间范围，确保计算软件对现场运行的支持能力不受工况变化影响。

为实现以上目的，本发明的思路是：在模拟压水堆氙瞬态运行的数值模型中引入能够合理且有效的抑制氙振荡的计算模型，使得数值模型本身在反应性和功率分布计算结果不发生显著改变的前提下具有内在的氙振荡抑制能力。

燃耗跟踪计算是核设计软件最基础也是最主要的运行模式，本发明所提出的方法也主要针对核设计软件的燃耗跟踪计算功能开展。在燃耗跟踪模式下，压水堆堆芯功率、控制棒棒位、入口温度等实际堆芯工况参数随着时间的变化会作为软件的输入条件，软件内部算法模块会完成各状态点上中子学和热工水力计算模型的耦合计算，并根据中子注量率分布完成相邻状态点间燃耗方程的计算，得到宏观燃耗和各关键核素浓度的空间分布。

本发明所采用的技术方案是这样的：一种具有氙瞬态模拟能力的压水堆燃耗跟踪计算方法，采用现有的燃耗跟踪计算软件，包括反映多普勒效应的宏观截面计算公式Σ＝Σ

1)基于当前堆芯状态的氙振荡特性进行独立的计算评估，其中多普勒效应放大因子α采用上一个计算周期的数值作为默认值(记为α

2)若氙振荡为收敛型，则不做任何调整，直接回到现有的燃耗跟踪计算过程，进行后续的燃耗跟踪计算；若为发散型，则增大多普勒效应放大系数α(记为α

3)更新多普勒反馈放大系数α后，还需要对燃耗跟踪计算模型中常用的临界搜索参数堆芯有效增殖因子目标值模型进行相应的调整，具体过程为：在功率P

其中，P

由于氙振荡特性和多普勒反馈水平均随着堆芯燃耗的加深会发生一定程度的变化，上述重新评估多普勒反馈放大系数α的计算过程需要随着堆芯运行定期进行重新评估，确定新的放大系数以及与之对应的反应性补偿随功率变化的线性关系，本发明推荐按照30个有效满功率天的频率更新该参数，直至当前循环寿期末。

本发明本质上是对原始数值计算模型所进行的调整，势必会带来计算结果的改变，而这样的调整又是带有经验性的，因此最理想的情况是在实现有效抑制氙振荡目的基础上尽可能减少该方法引起的计算结果的改变。从原理上说，发散性氙振荡现象发生的主要原因在于过往时刻累积产生的碘135经衰变产生的氙135主导了当前时刻堆芯轴向功率分布的变化，而来自温度场等其他因素的负反馈效应不够，使得当前时刻的三维中子注量率分布不利于堆芯尽快往平衡氙的稳定状态方向发展。由此可见，为了有效抑制氙振荡，需要人为加强功率分布的负反馈效应。考虑到燃料温度变化对应的多普勒反馈在任何条件下都是稳定的负反馈效应，同时多普勒反馈在堆芯上下部会往相同的方向发展，对多普勒反馈参数进行的调整不会引起轴向功率偏差这一重要的参数发生显著的改变。基于上述对氙振荡现象的理论分析，形成了本发明提出的通过放大多普勒反馈效应来进行氙瞬态模拟，可以实现对氙振荡的有效抑制。

附图说明

图1为氙振荡的示意图。分别给出了不同α值下分别形成的发散和收敛两种性质的氙振荡过程中轴向功率偏移(堆芯在轴向上半部分和下半部分归一化功率的差值)随时间变化的情况，图示过程堆芯总功率保持不变，控制棒组棒位亦维持不变。两种性质的氙振荡过程都围绕着约-10％的轴向功率偏移水平上下波动，但收敛性振荡随着时间变化振幅逐渐收窄，按此趋势最终会达到-10％左右的稳定的轴向功率偏移水平；而发散性振荡则随着时间的变化振幅逐渐扩大，堆芯功率分布水平无法趋向稳定。

具体实施方式

本实施例中，采用现有的燃耗跟踪计算软件，包括反映多普勒效应的宏观截面计算公式Σ＝Σ

基于当前堆芯状态的氙振荡特性进行独立的计算评估，其中多普勒效应放大因子α采用上一个计算周期的数值作为默认值(记为α

而后调整α值为1.5，重复上述步骤，得到新的功率分布曲线，即图1中的实线。

更新多普勒反馈放大系数α为1.5后，继续对燃耗跟踪计算模型中常用的临界搜索参数堆芯有效增殖因子目标值模型进行相应的调整，具体过程为：在功率P

其中，P