基于JMCT和FLUENT的三维核热耦合方法研究

来源 :中国工程物理研究院 | 被引量 : 1次 | 上传用户:tony569257
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反应堆堆芯内存在中子学与热工水力之间强烈的反馈机制,反应堆物理-热工耦合能够准确获取稳态和瞬态运行时的中子学、热工参数分布,提高安全设计的准确性,降低安全裕量,提高经济性,对反应堆设计和分析的有着重要意义。堆芯内裂变功率的分布决定了热工水力参数的变化,同时热工水力参数的分布又会通过慢化剂温度效应和燃料多普勒效应来影响反应性的变化。在研究物理与热工水力之间的复杂反馈机制过程中,多种耦合方法和耦合程序不断发展和完善。使用蒙特卡洛(MC)程序,能够适用于复杂的几何,具备大量的点截面数据库,而CFD程序基于第一原理,可以精细求解,数据准确,能够更好的分析反应堆特性。本文采用这两种程序开展反应堆物理-热工水力程序之间的耦合研究。使用这两种程序进行耦合研究需要对物理模型和热工水力模型进行分开建模,然后进行网格匹配,网格划分尺度会影响计算精度和计算时间。本文以成熟可靠的蒙特卡罗软件MCNP5和计算流体力学软件FLUENT为研究对象,开展耦合过程中网格尺度优化研究,分析不同网格尺度对计算结果的影响,得到最适合的物理-热工耦合的网格尺度,提出针对压水堆组件建模过程中的网格优化方案,并建立模型对其结果进行验证。JMCT是具备物理计算精细以及几何描述精确的中子-光子耦合蒙特卡罗粒子输运模拟软件。由本文以国产自主化的蒙特卡罗软件JMCT2.2和计算流体力学力学软件FLUENT6.3.26为基础,使用C++语言,通过外耦合方式,开发了耦合程序,用Tally6卡对裂变沉积能进行计数。通过接口程序对沉积能进行提取并转化为功率密度并导出,通过FLUENT的UDF函数,完成功率的导入,密度和温度的输出。通过网格优化的结果,对典型的压水堆模型进行建模分析,发现使用温度和密度作为中子学模型网格尺度的选取准则,能够大幅度减少建模工作量,提高计算效率并保证计算精度。通过对比JMCT-FLUENT耦合计算结果与MCNP-FLUENT耦合计算结果,并分析每个网格计算得到的功率与温度分布情况,以及整体模型的计算结果评价,初步评价JMCT与FLUENT程序耦合的准确性。发现JMCT-FLUENT耦合能够准确的引入温度和密度的反馈,并能准确的计算出反应堆内的参数。
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