隨著核能發(fā)電、制氫和核動(dòng)力等技術(shù)的不斷發(fā)展，在保證安全性的前提下，核能系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性也越來(lái)越受到關(guān)注。蒙特卡羅（蒙卡）方法采用連續(xù)能量點(diǎn)截面和構(gòu)造實(shí)體幾何，在處理復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)和復(fù)雜能譜方面具有不可替代的優(yōu)勢(shì)，因此在反應(yīng)堆物理設(shè)計(jì)中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。同時(shí)，彌散型燃料（隨機(jī)介質(zhì)）是新型燃料設(shè)計(jì)中引人關(guān)注的燃料類(lèi)型之一。蒙卡全壽期高保真模擬和隨機(jī)介質(zhì)精細(xì)計(jì)算研究屬于目前反應(yīng)堆蒙卡研究的兩個(gè)前沿問(wèn)題，因此有必要對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)深入的分析探討。
劉仕倡的博士學(xué)位論文以“蒙卡全壽期高保真模擬和隨機(jī)介質(zhì)精細(xì)計(jì)算”為研究主題，基于自主化反應(yīng)堆蒙卡程序RMC，針對(duì)隨機(jī)介質(zhì)（彌散燃料）模擬、核截面溫度反饋（多普勒展寬）、超大規(guī)模并行計(jì)算和物理熱工耦合等內(nèi)容，研究了關(guān)鍵方法和算法。首先，針對(duì)多溫度連續(xù)能量點(diǎn)截面內(nèi)存占用太大的問(wèn)題，開(kāi)發(fā)了高效的全能區(qū)在線截面處理方法。在此基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了蒙卡程序RMC與子通道程序COBRATF的物理熱工耦合，完成了國(guó)際基準(zhǔn)題MITBEAVRS的兩循環(huán)熱態(tài)滿(mǎn)功率工況的模擬。其次，基于區(qū)域分解、數(shù)據(jù)分解和MPI/OpenMP混合并行，依托天河二號(hào)超級(jí)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)了高效的千萬(wàn)網(wǎng)格超大規(guī)模燃耗計(jì)算。最后，在隨機(jī)介質(zhì)計(jì)算方面，提出了多種顆粒類(lèi)型的弦長(zhǎng)抽樣法和帶虛擬網(wǎng)格加速的顯式模擬法等方法，并結(jié)合大規(guī)模燃耗，實(shí)現(xiàn)了彌散燃料全堆輸運(yùn)燃耗計(jì)算。
論文在蒙卡高保真模擬和隨機(jī)介質(zhì)計(jì)算方法上進(jìn)行了創(chuàng)新，并取得了程序計(jì)算能力的突破，使RMC程序在該方面的研究達(dá)到了先進(jìn)水平。同時(shí)，開(kāi)發(fā)的程序也成功應(yīng)用于大型壓水堆、核動(dòng)力艦船、高溫堆和先進(jìn)事故容錯(cuò)燃料等領(lǐng)域的工程模擬當(dāng)中，所以，該研究兼具重要的學(xué)術(shù)意義和工程應(yīng)用價(jià)值。
我相信本書(shū)的出版一定會(huì)促進(jìn)讀者對(duì)蒙卡方法在核工程技術(shù)和應(yīng)用領(lǐng)域的認(rèn)識(shí)。
王侃清華大學(xué)工程物理系2019年8月
目錄
第1章引言
1.1研究背景與意義
1.2研究現(xiàn)狀
1.2.1蒙卡全壽期高保真耦合模擬研究現(xiàn)狀
1.2.2蒙卡隨機(jī)介質(zhì)精細(xì)計(jì)算研究現(xiàn)狀
1.3研究目標(biāo)與內(nèi)容
1.4組織結(jié)構(gòu)
第2章蒙卡物理熱工耦合方法研究與程序開(kāi)發(fā)
2.1引論
2.2溫度相關(guān)截面全能區(qū)在線處理方法
2.2.1可分辨共振能區(qū)在線截面處理
2.2.2熱化能區(qū)在線截面處理
2.2.3不可分辨共振能區(qū)在線截面處理
2.3溫度相關(guān)截面在線處理功能驗(yàn)證
2.3.1可分辨共振能區(qū)
2.3.2熱化能區(qū)
2.3.3不可分辨共振能區(qū)
2.4RMC/CTF通用耦合
2.4.1蒙卡輸運(yùn)中的熱工反饋處理
2.4.2熱工水力程序CTF
2.4.3耦合方式與網(wǎng)格對(duì)應(yīng)
2.4.4蒙卡物理熱工耦合穩(wěn)定性及加速研究
2.5RMC/CTF物理熱工耦合功能驗(yàn)證
2.5.1耦合有效性檢驗(yàn)
2.5.2耦合穩(wěn)定性及加速檢驗(yàn)
2.6本章小結(jié)
第3章蒙卡大規(guī)模燃耗及換料計(jì)算方法研究與程序開(kāi)發(fā)
3.1引論
3.2基于綜合并行的大規(guī)模燃耗計(jì)算方法
3.2.1三種大規(guī)模燃耗并行算法介紹
3.2.2綜合并行大規(guī)模燃耗算法
3.3蒙卡大規(guī)模燃耗中的氙平衡修正
3.3.1氙平衡修正介紹
3.3.2氙平衡修正收斂性及改進(jìn)平衡氙方法
3.4基于pinbypin燃耗的換料方法
3.4.1蒙卡輸運(yùn)燃耗耦合計(jì)算介紹
3.4.2蒙卡換料功能
3.5數(shù)值驗(yàn)證
3.5.1綜合并行燃耗算法測(cè)試
3.5.2改進(jìn)平衡氙方法測(cè)試
3.5.3蒙卡換料功能測(cè)試
3.6全壽期高保真耦合策略
3.7本章小結(jié)
第4章隨機(jī)介質(zhì)精細(xì)計(jì)算方法研究與程序開(kāi)發(fā)
4.1引論
4.2隨機(jī)介質(zhì)輸運(yùn)計(jì)算方法
4.2.1隨機(jī)柵格法
4.2.2多種類(lèi)型顆粒的弦長(zhǎng)抽樣法
4.2.3帶虛擬網(wǎng)絡(luò)加速的顯式模擬法
4.3隨機(jī)介質(zhì)輸運(yùn)計(jì)算功能驗(yàn)證
4.3.1顯式模擬法
4.3.2隨機(jī)柵格法
4.3.3弦長(zhǎng)抽樣法
4.3.4各種建模方法的比較
4.4隨機(jī)介質(zhì)燃耗計(jì)算方法
4.4.1隨機(jī)介質(zhì)燃料元件/組件燃耗計(jì)算
4.4.2隨機(jī)介質(zhì)全堆燃耗計(jì)算
4.5隨機(jī)介質(zhì)燃耗計(jì)算功能驗(yàn)證
4.5.1基于虛擬網(wǎng)格的燃耗區(qū)合并策略驗(yàn)證
4.5.2基于空間的燃耗區(qū)合并策略驗(yàn)證
4.5.3彌散燃料全堆輸運(yùn)燃耗計(jì)算
4.6本章小結(jié)
第5章高保真與隨機(jī)介質(zhì)基準(zhǔn)題計(jì)算分析
5.1引論
5.2CASLVERA基準(zhǔn)題
5.2.1基準(zhǔn)題介紹
5.2.2VERA Problem 6
5.2.3VERA Problem 7
5.3MITBEAVRS基準(zhǔn)題
5.3.1基準(zhǔn)題介紹
5.3.2熱態(tài)零功率計(jì)算
5.3.3兩循環(huán)熱態(tài)滿(mǎn)功率計(jì)算
5.4高溫堆燃料元件燃耗基準(zhǔn)題
5.4.1燃料球算例
5.4.2棱柱堆超柵元算例
5.5球床式高溫堆HTR10首次臨界試驗(yàn)計(jì)算
5.5.1HTR10介紹
5.5.2首次臨界試驗(yàn)建模與計(jì)算
5.6本章小結(jié)
第6章總結(jié)與展望
6.1總結(jié)
6.2創(chuàng)新點(diǎn)
6.3展望
參考文獻(xiàn)
在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文
致謝
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