基于点堆程序的微堆核-热-力耦合计算方法研究OA

以空气为冷却剂的核热推进气冷微堆在运行过程中,堆芯中存在中子学、热工水力学及力学膨胀等多物理场耦合现象,严重影响堆芯安全。为准确计算微堆堆芯典型瞬态工况下功率场、温度场、位移场的时空分布,本文构建了基于点堆程序的反应堆核-热-力耦合计算程序。其中,中子学部分采用蒙特卡罗程序OpenMC计算堆芯功率分布,并结合点堆模型计算功率幅值变化及瞬态中子功率分布;热工与力学部分基于开源多物理耦合计算平台MOOSE子模块二次开发,实现强耦合计算。采用西安脉冲堆3.35$脉冲瞬态和金属铀-钼球壳堆热膨胀瞬态验证了程序耦合计算的正确性。结果表明,对于西安脉冲堆算例,脉冲峰值功率与平均温升的相对偏差分别约为3.9%与1.6%;对于金属铀-钼球壳堆算例,金属球壳外表面位移最大相对偏差约为0.71%。对于气冷微堆,仅考虑燃料多普勒效应时,堆芯温度迅速超出2000 K的设计安全阈值,而考虑热膨胀效应后堆芯可以稳定运行,说明对于这种快谱型微堆,热膨胀反馈效应已经成为负反馈效应的主导因素。