基于有限体积法的中子扩散和输运算法开发

作     者：李卫 刘晓晶 柴翔 赵鹏程 LI Wei;LIU Xiaojing;CHAI Xiang;ZHAO Pengcheng

作者机构：南华大学资源环境与安全工程学院衡阳421001 上海交通大学机械与动力工程学院上海200240 上海市数值反应堆技术融合创新中心上海200240 南华大学核科学技术学院衡阳421001 

出 版 物：《核技术》 (Nuclear Techniques)

年 卷 期：2025年第48卷第1期

页      面：162-175页

核心收录：

学科分类：08[工学] 082701[工学-核能科学与工程] 0827[工学-核科学与技术] 

基　　金：中国博士后科学基金第75批面上项目(No.2024M751349)资助 

主　　题：有限体积法 中子扩散方程 中子输运方程 OpenFOAM 

摘      要：随着核热耦合技术的发展,为了考虑多物理场之间的强耦合效应,实现高精度和大规模并行计算,有必要对多物理场守恒方程联立求解,统一处理建模、离散和迭代计算过程。本文基于开源计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)平台OpenFOAM,使用有限体积法(Finite Volume Method,FVM)和高斯定理,对中子扩散和中子输运的控制方程进行离散,实现了对多群中子扩散方程和中子输运方程离散和迭代求解。中子输运方程的离散中使用离散纵标法对空间角度进行离散。为了验证开发程序的有效性,验证计算中采用包括国际原子能机构(International Atomic Energy Agency,IAEA)、TAKEDA和C5G7等在内的多个基准算例对开发的中子扩散和输运程序进行验证。通过对包括非均匀化堆芯基准问题在内的不同基准题中稳态和瞬态结果进行对比验证。验证结果表明:基于有限体积法可以同时实现对均匀化和非均匀化中子物理问题的精确求解,并且具有几何适应性强的特点。为未来实现统一编程框架下的物理与热工多物理场守恒方程的联立求解奠定了基础。