数值反应堆中多物理耦合过程全局局部耦合共振计算的效率优化方法

本发明涉及数值反应堆高保真物理计算，具体涉及数值反应堆中多物理耦合过程全局局部耦合共振计算的效率优化方法。

背景技术：

1、中子共振计算在数值反应堆高保真物理计算中非常重要。它通过中子与原子核相互作用的共振自屏现象，得到反应堆物理计算使用的截面参数。这一过程直接影响核反应堆计算过程中的效率和精度，因此成为了反应堆物理计算的重点和难点。在全局局部耦合共振计算方法中，全局计算需要针对全队规模进行固定源问题求解，局部计算要计算所有材料区的共振核素的共振能群的碰撞概率，最后要将计算得到的共振自屏蔽截面更新至材料区的微观截面和宏观截面，这又涉及多个截面类型，其中包括散射矩阵，其规模为能群个数的平方。巨大的计算量必然导致计算效率的低下，不利于投入到实际运用中去，因此如何提高共振计算的计算效率是十分重要的。

2、常规的共振计算效率提升方法一般通过提升单次共振计算内的计算过程。而在多物理耦合计算过程中，因为每一次外迭代过程中输运计算、热工等多物理场计算都会对共振计算的参数产生一定的影响，所以需要在每一步外迭代都进行对应的共振计算。在多物理耦合计算过程中，当计算结果趋于稳定的过程中，外迭代对共振计算所需的参数产生的影响已经较小，此时再进行完整的共振计算会使得计算资源产生一定的浪费。

技术实现思路

1、为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种数值反应堆中多物理耦合过程全局局部耦合共振计算的效率优化方法，在全局计算阶段，若本次计算丹可夫因子变化较小则使用上一次计算得到的丹可夫因子减少计算时间，在局部计算过程中，使用插值的方法计算共振核素的共振能群的碰撞概率，在更新截面部分，通过对结果不敏感的核素通过燃耗、丹可夫因子、温度进行插值计算宏观截面，减少计算时间，并通过判断是否可以减少制作插值表次数以及跳过对燃耗、丹可夫因子插值进一步减少计算时间。该方法使用减少丹可夫因子计算次数、插值更新碰撞概率、截面信息等方法，提高了在高保真程序中共振计算的速度。

2、为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案予以实施：

3、数值反应堆中多物理耦合过程全局局部耦合共振计算的效率优化方法，包括如下步骤：

4、步骤1：读取数值反应堆中全局局部耦合共振计算所要的几何信息、材料信息并进行共振计算初始化；

5、步骤2：在共振全局计算部分，通过求解单群固定源问题得到丹可夫因子；若为燃耗计算后第二次及以后的外迭代计算，认为丹可夫因子变化较小，继承上一次共振计算得到的丹可夫因子，减少计算通量的次数；

6、步骤3：在共振耦合计算部分，基于黑体丹可夫修正因子守恒建立燃料栅元的一维等效模型；

7、步骤4：在共振局部计算部分，使用伪核素子群方法插值计算共振核素共振能群的碰撞概率，插值方法提升计算效率；

8、步骤5：更新材料区微观截面与宏观截面：使用插值方法更新数值反应堆材料区宏观截面，在组件层级，首先识别组件内不同栅元种类，获取同样结构的栅元内对应材料区的温度、丹可夫因子、燃耗的最大和最小值，并将核素根据插值计算对实际结果的影响大小，分为需要进行插值计算的部分核素和需要进行精确截面计算的部分核素；针对插值计算核素，制作温度、丹可夫因子、燃耗分别取到最大值和最小值的核素的宏观截面插值表：

9、

10、∑interp——宏观截面插值表

11、e——可插值计算的部分核素及截面

12、x——截面类型

13、depi——做表采用的燃耗值最大值或最小值

14、danj——做表采用的丹可夫因子值最大值或最小值

15、tempk——做表采用的温度值最大值或最小值

16、n——单位体积内原子核数

17、σ——微观截面

18、在外迭代过程中判断每次共振计算中得到的温度、丹可夫因子、燃耗的最大值与最小值是否在上一次共振计算制作的宏观截面插值表的范围中，若本次计算的参数范围在上一次计算的范围中，则跳过制作宏观截面插值表的步骤，使用上一次共振计算得到的宏观截面插值表直接进行插值计算；

19、随后对宏观截面进行插值计算，插值过程中考虑了温度、丹可夫因子、燃耗深度作为参数：

20、

21、——表示插值计算的核素的宏观截面

22、wijk——基于燃耗、丹可夫因子、温度的权重系数

23、m、n、l——分别表示燃耗、丹可夫因子、温度的插值参数个数

24、若在本次共振计算与上次共振计算之间，丹可夫因子、燃耗无变化，则仅对温度进行插值，以提升计算效率：

25、

26、wi——基于温度的权重系数；

27、随后对需要进行精确计算的部分核素进行宏观截面的计算，得到材料区的最终完整宏观截面∑x：

28、

29、c——需要进行精确计算的部分核素及其截面。

30、优选的，步骤4中采用两段线性插值方法计算共振核素共振能群的碰撞概率，可以在保证计算精度的前提下减少计算时间，同时两项插值相比其他插值方法，能进一步加快计算速度。

31、优选的，步骤5中使用插值方法更新数值反应堆材料区宏观截面时，精确计算燃料中的重核、控制棒以及慢化剂中的核素，剩余核素使用插值方法，在使用插值方法减少计算时间的同时，避免了对截面影响较大的核素进行插值计算对精度造成的影响。

32、和现有技术相比较，本发明具备如下优点：

33、1，本发明在共振全局计算部分提出跳过丹可夫因子计算的方法，在共振全局计算过程中当丹可夫因子变化不大，对结算精度影响较小时跳过丹可夫因子计算过程，继承上一次计算的结果，在对计算精度影响较小的同时减少了计算时间，提高了计算效率。

34、2，本发明提出使用插值方法更新宏观截面，避免了传统方法计算截面需要消耗极大的计算量，减少了计算时间。同时将燃料区重核、毒物、慢化剂等对结果影响较大的核素进行单独计算，确保了计算精度。

技术特征：

1.数值反应堆中多物理耦合过程全局局部耦合共振计算的效率优化方法，其特征在于：包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的数值反应堆中多物理耦合过程全局局部耦合共振计算的效率优化方法，其特征在于：步骤4中采用两段线性插值方法计算共振核素共振能群的碰撞概率。

3.根据权利要求1所述的数值反应堆中多物理耦合过程全局局部耦合共振计算的效率优化方法，其特征在于：步骤5中使用插值方法更新数值反应堆材料区宏观截面时，精确计算燃料中的重核、控制棒以及慢化剂中的核素，剩余核素使用插值方法。

技术总结
本发明公开了数值反应堆中多物理耦合过程全局局部耦合共振计算的效率优化方法，在全局计算阶段，若本次计算丹可夫因子变化较小则使继承上一次计算得到的丹可夫因子，在局部计算过程中，使用插值方法计算共振核素的共振能群的碰撞概率，在更新截面部分，通过对插值结果不敏感的核素通过燃耗、丹可夫因子、温度进行插值计算宏观截面，并通过判断是否可以减少制作插值表次数以及跳过对燃耗、丹可夫因子插值以减少计算时间。本发明方法使用减少丹可夫因子计算次数、插值更新碰撞概率、插值更新截面信息等方法，提高了在高保真程序中全局局部耦合共振计算的速度。

技术研发人员：刘宙宇,陈典浩,吴宏春,曹良志
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/8/13