Известия вузов. Ядерная энергетика

Рецензируемый научно-технический журнал. ISSN: 0204-3327

Влияние типа пространственной сетки на результат расчета полей нейтронов в защитах ядерных энергетических установок

23.09.2022 2022 - №03 Моделирование процессов в объектах ядерной энергетики

О.В. Николаева С.А. Гайфулин Л.П. Басс Д.В. Дмитриев А.А. Николаев

DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2022.3.13

УДК: 519.6

Рассмотрен вопрос о влиянии типа пространственной сетки на результат решения уравнения переноса нейтронов в защитах ядерно-энергетических установок (ЯЭУ).

Выполнены расчеты полей нейтронов в реалистической модели корпусного реактора на быстрых нейтронах с тяжелым жидкометаллическим теплоносителем с интегральной компоновкой оборудования. Использованы структурированные кубические и неструктурированные гексаэдрические сетки (программы PMSNSYS и FRIGATE), неструктурированные тетраэдрические и призматические сетки (программа РАДУГА Т). Получены предельные при уменьшении размера ячейки средние по материальным зонам значения плотностей групповых потоков.

Показано, что результат расчета зависит не от типа ячейки сетки (куб, гексаэдр, тетраэдр, призма), а от типа аппроксимации криволинейных внутренних границ (границ между материалами). Использование «зубчатых» аппроксимаций для криволинейных границ приводит к увеличению площади границ, а также к возникновению на них условия преломления плотности потока нейтронов. Эти эффекты приводят к завышению решения уравнения переноса, причем во всех энергетических группах.

Вывод. При решении уравнения переноса нейтронов в защитах ЯЭУ сеточным методом необходимо использовать сетки, не приводящие к «зубчатым» аппроксимациям внутренних границ. Можно рекомендовать тетраэдрические или призматические сетки, сетки из произвольных гексаэдров, а также составные сетки, в которых внутри материальной зоны находятся ячейки-кубики, а вблизи границы зоны – ячейки-гексаэдры.

Ссылки

  1. Alcouffe R.E. Three dimensional transport benchmark exercise using THREEDANT. / Proc. of Meeting on Three-Dimensional Neutron Transport Benchmarks 22-23 October 1990, Los Alamos, New Mexico. Электронный ресурс: https://inis.iaea.org/collection/NCLCollectionStore/_Public/22/031/22031958.pdf?r=1 (дата доступа 10.06.2022).
  2. Azmy Y.Y. The three-dimensional, discrete ordinates neutral particle transport code TORT: An overview. / Proc. of OECD/NEA meeting on 3D Deterministic Radiation Transport Computer Programs, Feature, Applications and Perspectives 2-3 December 1996. – Paris, France. Электронный ресурс: https://www.researchgate.net/publication/255255411 (дата доступа 10.06.2022).
  3. Dahl J.A. PARTISN Results for the OECD/NEA 3-D Extension C5G7MOX Benchmark. // Progress in Nuclear Energy. – 2006. – Vol. 48. – PP. 401-409. DOI: https://doi.org/10.1016/j.pnucene.2006.01.003 .
  4. Humbert P. Results for the C5G7 3-D Extension benchmark using the discrete ordinated code PANDA. // Progress in Nuclear Energy. – 2006. – Vol. 48. – PP. 394-400. DOI: https://doi.org/10.1016/j.pnucene.2006.01.009 .
  5. Corau T., Sjoden G. 3D neutron transport and HPC: a PWR full core calculation using PENTRAN SN code and IBM BLUEGENE/P computers. // Progress in Nuclear Science and Technology. – 2011. – Vol. 2. – PP. 628-633. DOI: https://doi.org/10.15669/pnst.2.628 .
  6. CNCSN 2009: One, two- and three-dimensional coupled neutral and charged particle discrete ordinates parallel multi-threaded code system. // RSICC code package CCC-726. 2009.
  7. Royston K.E., Johnson S.R., Evans T.M., Mosher S.W., Naish J., Kosand B. JET Contributors. Application of the Denovo discrete ordinates radiation transport code to large-scale fusion neutronics. // Fusion Science and Technology. – 2018. – Vol. 74(4). – PP. 303-314. DOI: https://doi.org/10.1080/15361055.2018.1504508 .
  8. Moryakov A.V. LUCKY_TD code for solving the time-dependent transport equation with the use of parallel computations. // Physics of Atomic Nuclei. – 2017. – Vol. 79(8). – PP. 1242-1245; DOI: https://doi.org/10.1134/S1063778816080159 .
  9. Ковалишин А.А., Моряков А.В., Раскач К.Ф. Нейтронно-физический расчет быстрого реактора с применением современных вычислительных комплексов. // Атомная энергия. – 2018. – Т. 124 (2). – С. 63-68. Электронный ресурс: https://www.j-atomicenergy.ru/index.php/ae/article/view/2134 (дата доступа 10.06.2022).
  10. Программа для ПЭВМ. Расчёт нейтронно-физических характеристик ядерных реакторов. «PMSNSYS». 8624607.00622. ОКБ «ГИДРОПРЕСС», 2011.
  11. Nikolaev A.A. Generalization of Two-Dimensional DDL Schemes of the GQ Method for Three-Dimensional Arbitrary Hexahedral Spatial Mesh. // Physics of Atomic Nuclei. – 2016. – Vol. 79 (8). – PP. 1261-1266. DOI: https://doi.org/10.1134/S1063778816080160 .
  12. Hoagland D.S., Yessayan R.A., Azmy Y.Y. Solution of the neutron transport equation on unstructured grids using the parallel block Jacobi-integral transport matrix method via the novel Green’s function ITMM construction algorithm on massively parallel computer systems. // Nuclear Science and Engineering. – 2021. – Vol. 195(10). – PP. 1036-1064. DOI: https://doi.org/10.1080/00295639.2021.1898309 .
  13. Vassiliev O.N., Wareing T.A., Davis I.M., McGhee J., Barnett D., Horton J.L., Gifford K., Failla G., Titt U., Mourtada F. Feasibility of a multigroup deterministic solution method for 3D radiotherapy dose calculations. // International Journal of Radiation Oncology Biology Physics. – 2008. – Vol. 72(1). – PP. 220-227. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijrobp.2008.04.057 .
  14. Аристова Е.Н., Астафуров Г.О. Метод коротких характеристик второго порядка для решения уравнения переноса на сетке из тетраэдров. // Математическое моделирование. – 2016. – Т. 8. – № 7. – С. 20-30. Электронный ресурс: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=26604113 (дата доступа ХХ.ХХ.2022).
  15. Chen Y., Zhang B., Zhang L., Zheng J., Zheng Y., Liu C. ARES: A parallel discrete ordinates transport code for radiation shielding applications and reactor physics analysis. // Hindawi Science and Technology of Nuclear Installations. – 2017. – Article ID 2596727. DOI: https://doi.org/10.1155/2017/2596727 .
  16. Kim J.W., Lee Y.O. A deep penetration problem calculation using AETIUS: an easy modeling discrete ordinates transport code using unstructured tetrahedral mesh, shared memory parallel. // EPJ Web of Conferences. – 2017. – Vol. 153. – PP. 06025. DOI: https://doi.org/10.1051/epjconf/201715306025 .
  17. Белоусов В.И., Грушин Н.А., Сычугова Е.П., Селезнев Е.Ф. Некоторые результаты верификации кода ODETTA для неоднородных задач. // ВАНТ. Серия: Физика ядерных реакторов. – 2018. – Вып. 3. – С. 46-53.
  18. Николаева О.В., Гайфулин С.А., Басс Л.П. Программный комплекс РАДУГА-Т для моделирования полей нейтронов в ядерно-энергетических установках. // Вестник ЮУрГУ. Серия: Вычислительная математика и информатика. – 2021. – Т. 10. – № 1. – С. 75-89. DOI: https://doi.org/10.14529/cmse210106 .
  19. Orsi R. A general method of conserving mass in complex geometry simulations on mesh grids and its implementation in BOT3P5.0. // Nuclear Science and Engineering. – 2006. – Vol. 154(2). – PP. 247-259. DOI: https://doi.org/10.13182/NSE06-A2631 .
  20. Гуревич М.И., Руссков А.А., Волощенко А.М. ConDat 1.0 – программа преобразования исходных данных из комбинаторной геометрии в растровую с использованием алгоритма трейсинга (tracing). Инструкция для пользователя. Препринт ИПМ им. М.В. Келдыша РАН, 2007. – № 12. Электронный ресурс: https://keldysh.ru/papers/2007/prep12/prep2007_12.html (дата доступа 10.06.2022).
  21. Дедуль А.В., Николаев А.А. «REBEL» – программа пре- и постпроцессинга расчетов нейтронно-физических характеристик реакторов на быстрых нейтронах со свинцово-висмутовым теплоносителем. // Тяжелое машиностроение. – 2014. – № 8. – С. 39-45.
  22. Carlson B.G. A method of characteristics and other improvements in solutions methods for the transport equations. // Nuclear Science Engineering. – 1976. – Vol. 61. – PP. 408-425. DOI: https://doi.org/10.13182/NSE76-A26927 .
  23. Воронков А.В., Синица В.В, Дедуль А.В., Кальченко В.В. Библиотеки многогрупповых констант пакета РЕАКТОР-ГП. // ВАНТ. Серия: Ядерные константы. – 2009. – Вып. 24. – С. 100-110.

уравнение переноса сетки криволинейные границы

Ссылка для цитирования статьи: Николаева О.В., Гайфулин С.А., Басс Л.П., Дмитриев Д.В., Николаев А.А. Влияние типа пространственной сетки на результат расчета полей нейтронов в защитах ядерных энергетических установок. // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2022. – № 3. – С. 146-157. DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2022.3.13 .

Открыть PDF файл