燃料元件多物理场耦合分析平台MCAT开发及初步验证

来源：核动力工程杂志2024年第3期北京时间：

作者：齐飞鹏, 刘振海, 尹春雨, 罗剑, 刘勇, 钱立波, 周毅, 王浩煜, 陈平, 李权

单位：中国核动力研究设计院核反应堆系统设计技术重点实验室，成都，610213；

摘要：为进一步提高燃料性能预测精度、拓展燃料分析工具适用范围。本文针对典型棒状燃料元件，基于商用有限元分析程序COMSOL、系统安全分析程序ARSAC以及蒙特卡罗燃耗计算程序RMC，搭建了燃料元件多物理场耦合分析平台MCAT，实现了燃料模块、热工水力模块及中子物理模块的双向耦合。耦合平台采用模块化设计思想，利用中间数据接口管理耦合参数并明确各模块的“边界”，借助各模块的输入/输出文本文件实现耦合参数的更新与反馈，避免了对已有程序进行源码级修改。采用非对称Picard迭代算法实现模块间的双向耦合，将物理和热工模块看作黑盒子程序，在燃料热力学求解过程中依次调用RMC和ARSAC执行计算并交换数据，反复迭代直到收敛。本文从模块、接口及综合预测结果等方面对MCAT进行初步验证，结果表明MCAT能够准确预测燃料元件内功率、温度、结构变形及冷却剂状态等参数分布，表明MCAT平台在模块开发、耦合流程搭建及编码实现等方面的正确性。

关键词：燃料性能分析, 多物理场耦合, 中子物理, 热工水力, Picard迭代