基于降阶模型的热管堆核热力耦合启堆瞬态模拟研究

基于降阶模型的热管堆核热力耦合启堆瞬态模拟研究

MegaPower是一种设计用于偏远地区和军事基地等去中心化能源市场的热管冷却反应堆，其启堆过程涉及复杂的多物理场耦合计算。传统高分辨率仿真方法常面临较高的计算成本。本研究以MegaPower热管堆的启堆过程为研究对象，提出了一种基于Proper Orthogonal Decomposition-Radial Basis Function（POD-RBF）快速预测方法的核热力耦合模型，以实现复杂瞬态工况的高效模拟。通过构建MegaPower高分辨率1/6堆芯模型，并结合OpenMC、FEniCSx和POD-RBF快速预测模型对堆芯的多物理场行为进行模拟，研究了启堆阶段的功率、温度和反应性动态特...

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Main Authors: 沈 书秋, 熊 进标, 刘 晓晶, 张 滕飞
Format: Article
Language:zho
Published: Science Press 2025-06-01
Series:He jishu
Subjects:
热管堆
启堆过程
POD-RBF
核热力耦合
多物理场仿真
Online Access:https://www.sciengine.com/doi/10.11889/j.0253-3219.2025.hjs.48.240471
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Summary:MegaPower是一种设计用于偏远地区和军事基地等去中心化能源市场的热管冷却反应堆，其启堆过程涉及复杂的多物理场耦合计算。传统高分辨率仿真方法常面临较高的计算成本。本研究以MegaPower热管堆的启堆过程为研究对象，提出了一种基于Proper Orthogonal Decomposition-Radial Basis Function（POD-RBF）快速预测方法的核热力耦合模型，以实现复杂瞬态工况的高效模拟。通过构建MegaPower高分辨率1/6堆芯模型，并结合OpenMC、FEniCSx和POD-RBF快速预测模型对堆芯的多物理场行为进行模拟，研究了启堆阶段的功率、温度和反应性动态特性。模拟结果表明，POD-RBF方法能够准确稳定地预测堆芯功率分布，最大误差为3.04%，平均误差为0.77%；k<sub>eff</sub>预测的平均误差低于50 pcm（percent mille），最大误差不超过100 pcm。在启堆功率调节阶段，功率上升速率约为每秒0.53%额定功率，最终平稳达到额定功率，功率与反应性的动态变化保持稳定。同时，POD-RBF方法显著提升了计算效率，将单个时间步计算时间从传统高分辨率模型的800 s降低至3 s，整个启堆过程模拟时间由74 d缩短至7.5 h，效率提升约99.6%。研究结果表明，基于POD-RBF方法的热管堆核热力耦合模型能够显著提高计算效率，同时在瞬态问题中具备较高的预测精度，为热管堆的设计优化与安全评估提供了参考，也为多物理场问题的快速仿真提供了新思路。
ISSN:0253-3219

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