本發(fā)明涉及核反應(yīng)堆設(shè)計和反應(yīng)堆物理計算領(lǐng)域，具體涉及一種壓水堆節(jié)塊方法控制棒尖齒效應(yīng)的處理方法。

背景技術(shù)：

“兩步法”是目前普遍應(yīng)用于反應(yīng)堆物理分析計算中的一種方法。

在傳統(tǒng)的“兩步法”計算中，首先通過二維輸運計算獲得各類組件的少群均勻化參數(shù)，然后將這些參數(shù)以列表或者擬合系數(shù)的形式進行存儲，最后堆芯程序通過查表或插值獲得相應(yīng)工況下的少群常數(shù)用于三維擴散計算。由于組件計算是在二維層面進行的，因此對于控制棒是通過分別計算全提和全插兩種情況下的少群參數(shù)來處理的。

目前用于三維堆芯物理計算的商用程序中普遍采用的是節(jié)塊方法，現(xiàn)有的節(jié)塊方法大多采用固定尺寸的粗網(wǎng)節(jié)塊并且要求每一個節(jié)塊內(nèi)的材料是均勻單一的。節(jié)塊方法的這些限制條件將會給控制棒組件的計算帶來很大的挑戰(zhàn)。

為了調(diào)節(jié)功率以及應(yīng)對一些瞬態(tài)變化，控制棒在堆內(nèi)的移動是不可避免的，控制棒位置的不確定性與節(jié)塊劃分之間的不匹配就可能導(dǎo)致控制棒組件的某些節(jié)塊中出現(xiàn)控制棒部分插入的情況，即出現(xiàn)部分插入節(jié)塊。部分插入節(jié)塊的軸向是非均勻的兩種材料，為了滿足節(jié)塊方法的要求，需要對這兩部分的少群參數(shù)進行一定的處理。傳統(tǒng)的做法是做軸向的體積權(quán)重再均勻化，這種方法簡單易行且對原堆芯程序改動較小，然而卻未能考慮部分插入節(jié)塊含有控制棒部分和不含控制棒部分中子通量的較大差異，故無法保證均勻化前后反應(yīng)率的守恒，致使計算得到的控制棒微分價值呈現(xiàn)出非物理邏輯的鋸齒形狀，即控制棒尖齒效應(yīng)。

控制棒尖齒效應(yīng)是由部分插入節(jié)塊均勻化截面的計算偏差而引起的，因此會對三維堆芯軸向和徑向的中子通量分布及堆芯的有效增殖因子計算產(chǎn)生一定的影響，從而可能導(dǎo)致節(jié)塊程序?qū)Χ研据S向和徑向的功率分布及控制棒微分價值的模擬失真。因此，對于控制棒尖齒效應(yīng)的研究無論是對節(jié)塊方法本身，還是工程應(yīng)用都是非常必要的。

對于部分插入節(jié)塊，傳統(tǒng)的體積權(quán)重方法由于未能考慮含有控制棒部分和不含控制棒部分通量的差異，無法保證均勻化前后反應(yīng)率的守恒，致使計算得到的控制棒微分價值呈現(xiàn)出非物理邏輯的鋸齒形狀，即控制棒尖齒效應(yīng)。

從上述分析可以看出，獲得部分插入節(jié)塊中含有控制棒和不含控制棒兩部分的通量，是處理控制棒尖齒效應(yīng)的關(guān)鍵所在。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種壓水堆節(jié)塊方法控制棒尖齒效應(yīng)的處理方法，采用一維細網(wǎng)差分對部分插入節(jié)塊的通量進行計算，與原三維堆芯程序通過橫向積分項來耦合，相對獨立，無需對原程序進行改動，通用性較強；計算時間相對于原體積權(quán)重方法，并未有大的增加，但是計算精度卻有大幅度的提升。

為了達到上述目的，本發(fā)明采取了以下技術(shù)方案予以實施：

一種壓水堆節(jié)塊方法控制棒尖齒效應(yīng)的處理方法，步驟如下：

步驟1：采用體積權(quán)重的方法獲得部分插入節(jié)塊初始的均勻化截面，其計算如公式(1)所示：

式中：

Σ_hom---部分插入節(jié)塊的均勻化截面；

Σ_R---部分插入節(jié)塊含有控制棒部分的截面；

Σ_NR---部分插入節(jié)塊不含控制棒部分的截面；

V---部分插入節(jié)塊的體積；

V_R---部分插入節(jié)塊含有控制棒部分的體積；

V_NR---部分插入節(jié)塊不含控制棒部分的體積；

步驟2：進行三維堆芯計算，獲得含有部分插入節(jié)塊的組件的橫向泄漏，并將橫向泄漏轉(zhuǎn)化為偽吸收截面，其表達式如公式(2)所示：

Σ'_a(z)＝L(z)/φ(z) 公式(2)

式中：

Σ'_a(z)---橫向泄漏轉(zhuǎn)化來的偽吸收截面；

L(z)---三維堆芯計算獲得的x、y方向的橫向泄漏；

φ(z)---三維堆芯計算獲得的通量；

z---軸向位置；

步驟3：對含有部分插入節(jié)塊的組件進行軸向的細網(wǎng)劃分，在節(jié)塊內(nèi)根據(jù)控制棒的步長每個網(wǎng)格劃分為0.5cm-1.6cm，節(jié)塊邊界處則應(yīng)與節(jié)塊的交界面重合；

在進行一維細網(wǎng)差分計算的總截面與吸收截面中應(yīng)加入步驟2計算所得的偽吸收截面，此時一維細網(wǎng)差分計算的方程如公式(3)所示：

式中：

D'_g---修正后的擴散系數(shù)；

--通量密度；

Σ'_r---修正后的移出截面；

Σ_s,g'→g---散射截面；

χ_g---裂變能譜；

k_eff---有效增殖因數(shù)；

νΣ_f---中子產(chǎn)生截面；

g---能群號；

z---軸向位置；

步驟4：通過公式(3)的計算即獲得部分插入節(jié)塊的軸向細網(wǎng)通量分布，在此基礎(chǔ)上，通過通量體積權(quán)重即獲得部分插入節(jié)塊的均勻化截面，計算表達式如式(4)所示：

式中：

Σ_hom---部分插入節(jié)塊的均勻化截面；

Σ_R,i---部分插入節(jié)塊含有控制棒部分的截面；

Σ_NR,j---部分插入節(jié)塊不含控制棒部分的截面；

V_i---部分插入節(jié)塊含有控制棒部分細網(wǎng)的體積；

V_j---部分插入節(jié)塊不含控制棒部分細網(wǎng)的體積；

φ_i---部分插入節(jié)塊含有控制棒部分細網(wǎng)的通量；

φ_j---部分插入節(jié)塊不含控制棒部分細網(wǎng)的通量；

步驟5：將獲得的均勻化截面?zhèn)鬟f給三維堆芯計算程序，即獲得較為精確的控制棒微分價值，從而基本消除控制棒尖齒效應(yīng)。

本發(fā)明與現(xiàn)有的技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點：

1.采用一維細網(wǎng)差分對部分插入節(jié)塊的通量進行計算，與原三維堆芯程序通過橫向積分項來耦合，相對獨立，無需對原程序進行改動，通用性較強；

2.計算時間相對于原體積權(quán)重方法，并未有大的增加，但是計算精度卻有大幅度的提升。

附圖說明

圖1為一維細網(wǎng)通量體積權(quán)重修正方法的計算流程。

圖2為部分插入節(jié)塊示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明：

本發(fā)明在原三維堆芯程序計算的基礎(chǔ)上引入一維細網(wǎng)差分計算，通過獲取部分插入節(jié)塊較為精確的均勻化截面，來消除控制棒尖齒效應(yīng)。三維堆芯計算與一維細網(wǎng)差分通過橫向泄漏來耦合。為了避免迭代，將橫向泄漏處理成偽吸收截面，添加到原吸收截面中。如圖2所示，為部分插入節(jié)塊的示意圖，其中深色部分為部分插入節(jié)塊含有控制棒的部分，淺色部分為部分插入節(jié)塊不含有控制棒的部分。

如圖1所示，本發(fā)明具體的實施步驟如下：

步驟1.采用體積權(quán)重的方法獲得部分插入節(jié)塊初始的均勻化截面，其計算如公式(1)所示：

式中：

Σ_hom---部分插入節(jié)塊的均勻化截面；

Σ_R---部分插入節(jié)塊含有控制棒部分的截面；

Σ_NR---部分插入節(jié)塊不含控制棒部分的截面；

V---部分插入節(jié)塊的體積；

V_R---部分插入節(jié)塊含有控制棒部分的體積；

V_NR---部分插入節(jié)塊不含控制棒部分的體積。

步驟2.進行三維堆芯計算，獲得含有部分插入節(jié)塊的組件的橫向泄漏，并將橫向泄漏轉(zhuǎn)化為偽吸收截面，其表達式如公式(2)所示：

Σ'_a(z)＝L(z)/φ(z) 公式(2)

式中：

Σ'_a(z)---橫向泄漏轉(zhuǎn)化來的偽吸收截面；

L(z)---三維堆芯計算獲得的x、y方向的橫向泄漏；

φ(z)---三維堆芯計算獲得的通量；

z---軸向位置。

步驟3.對含有部分插入節(jié)塊的組件進行軸向的細網(wǎng)劃分，一般在節(jié)塊內(nèi)根據(jù)控制棒的步長每個網(wǎng)格劃分為1.6cm左右，節(jié)塊邊界處則應(yīng)與節(jié)塊的交界面重合。

在進行一維細網(wǎng)差分計算的總截面與吸收截面中應(yīng)加入步驟2計算所得的偽吸收截面，此時一維細網(wǎng)差分計算的方程如公式(3)所示：

式中：

D'_g---修正后的擴散系數(shù)；

---通量密度；

Σ'_r---修正后的移出截面；

Σ_s,g'→g---散射截面；

χ_g---裂變能譜；

k_eff---有效增殖因數(shù)；

νΣ_f---中子產(chǎn)生截面；

g---能群號；

z---軸向位置。

步驟4.通過公式(3)的計算即可獲得部分插入節(jié)塊的軸向細網(wǎng)通量分布，在此基礎(chǔ)上，通過通量體積權(quán)重即獲得部分插入節(jié)塊的均勻化截面，計算表達式如式(4)所示：

式中：

Σ_hom---部分插入節(jié)塊的均勻化截面；

Σ_R,i---部分插入節(jié)塊含有控制棒部分的截面；

Σ_NR,j---部分插入節(jié)塊不含控制棒部分的截面；

V_i---部分插入節(jié)塊含有控制棒部分細網(wǎng)的體積；

V_j---部分插入節(jié)塊不含控制棒部分細網(wǎng)的體積；

φ_i---部分插入節(jié)塊含有控制棒部分細網(wǎng)的通量；

φ_j---部分插入節(jié)塊不含控制棒部分細網(wǎng)的通量。

步驟5.將獲得的均勻化截面?zhèn)鬟f給三維堆芯計算程序，即可獲得較為精確的控制棒微分價值，從而基本消除控制棒尖齒效應(yīng)。