一種基于蒙特卡羅計算的反應(yīng)堆堆芯迭代設(shè)計系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明是一種用在反應(yīng)堆設(shè)計中，用以進行堆芯部件設(shè)計的建模系統(tǒng)，本系統(tǒng)通過分析裂變堆芯幾何特殊性，包含大量重復(fù)構(gòu)造的幾何，通過構(gòu)建參數(shù)自動創(chuàng)建裂變堆堆芯的CAD工程模型和蒙特卡羅計算模型，而蒙特卡羅計算模型是輻射輸運蒙特卡羅計算程序的輸入，得到此模型后就能計算出反應(yīng)堆堆芯的關(guān)鍵物理量。通過不斷對計算結(jié)果中物理參數(shù)的評價，此發(fā)明可以用來對裂變堆芯模型的設(shè)計方案進行反復(fù)迭代修改，直至形成用戶滿意堆芯方案。此發(fā)明意義在于避免人手工編寫蒙特卡羅計算程序輸入文件的繁瑣性，使整個建模過程變得極其直觀，極大降低出錯的概率，加快堆芯的設(shè)計時間。
【專利說明】一種基于蒙特卡羅計算的反應(yīng)堆堆芯迭代設(shè)計系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于蒙特卡羅計算的反應(yīng)堆堆芯迭代設(shè)計系統(tǒng)，應(yīng)用在基于蒙特 卡羅計算的裂變堆堆芯設(shè)計中，目標是快速自動化構(gòu)建裂變堆堆芯CAD工程模型和蒙特卡 羅計算模型。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著反應(yīng)堆設(shè)計和建造技術(shù)的進步，各種新型反應(yīng)堆的設(shè)計頻繁面世，蒙特卡羅 計算程序由于能適應(yīng)任意復(fù)雜幾何和計算結(jié)果精確等特點，開始在堆芯概念設(shè)計和工程 設(shè)計上得到廣泛應(yīng)用，而完成復(fù)雜幾何的建模是編寫計算程序輸入文件中的最核心部分。 目前主要采用以下幾種方法：第一，手工建模，耗時耗力，容易出錯；第二，腳本程序自動建 模，無法生成工程CAD模型，不能進行迭代設(shè)計操作，腳本程序需要經(jīng)常修改；第三，專業(yè)的 建模軟件，例如中國科學(xué)院核能安全技術(shù)研究所開發(fā)的多物理耦合建模分析自動建模軟件 MCAM。
[0003] 目前大多數(shù)專業(yè)建模軟件中處理復(fù)雜模型的方法是對每個柵元進行拆分解析，如 果直接將此種方法應(yīng)用在裂變堆芯模型上，在時間性能和計算機資源消耗上根本無法接 受，而且轉(zhuǎn)換得到的模型也丟失了原有層級信息，在處理大規(guī)模裂變堆芯模型時顯得力不 從心。
[0004] 由于裂變堆芯存在大量簡單幾何重復(fù)并互相填充的特點，蒙特卡羅計算程序一般 都會提供一種層級幾何的描述方式來構(gòu)建堆芯的幾何，這種幾何描述方式結(jié)構(gòu)十分清晰， 可以描述幾何之間互相嵌套填充的關(guān)系，大大縮減幾何文件長度，加快幾何導(dǎo)入速度，提高 計算效率。于是，人們開始針對裂變堆芯這種特點，針對性的開發(fā)新的建模軟件。早先 MCAM 中開發(fā)的裂變堆芯快速建模模塊，無法解析蒙特卡羅計算模型中的層級結(jié)構(gòu)，也無法完成 堆芯幾何迭代修改，無法應(yīng)用在實際堆芯的設(shè)計中。隨后北京應(yīng)用物理與計算數(shù)學(xué)研究所， 美國阿貢國家實驗室都開發(fā)了類似的專業(yè)建模系統(tǒng)，不過均沒有證明這些系統(tǒng)能夠支持堆 芯的反復(fù)迭代設(shè)計，也無法解析現(xiàn)有蒙特卡羅計算模型，并且由于堆芯中對模型可視化和 計算的精度是靈活要求的，現(xiàn)有的技術(shù)也無法提供可供用戶選擇的功能。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明技術(shù)解決問題：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于蒙特卡羅計算的反應(yīng) 堆堆芯迭代設(shè)計系統(tǒng)，自動快速構(gòu)建裂變反應(yīng)堆堆芯CAD工程模型和蒙特卡羅計算模型， 并支持在整個設(shè)計過程中迭代設(shè)計，其中反應(yīng)堆CAD工程模型可以用來滿足后續(xù)工程設(shè)計 樣本參照，而蒙特卡羅計算模型則可以輸入輻射輸運蒙特卡羅計算程序中進行計算，得到 反應(yīng)堆堆芯功率、K有效，燃耗等十分重要物理量，這些物理量也是評價一個堆芯是否滿足 設(shè)計要求和安全性的必要物理量。本發(fā)明避免人手工編寫蒙特卡羅計算程序輸入文件的繁 瑣性，使整個建模過程變得極其直觀，極大降低出錯的概率，加快堆芯的設(shè)計時間。
[0006] 本發(fā)明技術(shù)解決方案：一種基于蒙特卡羅計算的反應(yīng)堆堆芯迭代設(shè)計系統(tǒng)，此系 統(tǒng)實現(xiàn)了基于反應(yīng)堆堆芯迭代設(shè)計的建模過程，其能夠生成堆芯的CAD工程設(shè)計模型和堆 芯的蒙特卡羅計算模型，其中CAD工程設(shè)計模型可以用于肉眼觀察堆芯結(jié)構(gòu)和工程設(shè)計， 蒙特卡羅計算模型能夠?qū)朊商乜_計算程序，計算出反應(yīng)堆堆芯關(guān)鍵物理參數(shù)，達到堆 芯的設(shè)計檢驗作用；
[0007]本發(fā)明包括核心轉(zhuǎn)換模塊、參數(shù)控制模塊、計算模型解析模塊和可視化交互模 塊；
[000S]核心轉(zhuǎn)換模塊，主要包含一套所有模塊共用的滿足反應(yīng)堆堆芯設(shè)計參數(shù)體系，適 用于反應(yīng)堆堆芯部件存在多層幾何嵌套填充的特點，邏輯上為一種樹形結(jié)構(gòu)，稱為參數(shù)樹； 基于此參數(shù)樹此模塊主要完成三維CAD模型和蒙特卡羅計算程序輸入模型的生成和相互 轉(zhuǎn)換；所述參數(shù)控制模塊與計算模型解析模塊所提供參數(shù)全部輸入到核心轉(zhuǎn)換模塊中，由 核心轉(zhuǎn)換模塊構(gòu)建參數(shù)樹，可視化交互模塊從核心轉(zhuǎn)換模塊中提取參數(shù)樹，基于參數(shù)樹，可 視化交互模塊對模型進行三維渲染，而參數(shù)控制模塊能夠繼續(xù)對界面中渲染出的三維模型 進行修改操作，修改操作產(chǎn)生的新的參數(shù)會傳遞給核心轉(zhuǎn)換模塊，核心轉(zhuǎn)換模塊負責(zé)完成 對參數(shù)樹的修改，在整個過程中核心轉(zhuǎn)換模塊隨時能夠?qū)?shù)樹中的信息轉(zhuǎn)換成蒙特卡羅 計算程序輸入文件，蒙特卡羅計算程序輸入文件用于基于蒙特卡羅方法的輸運計算，得到 堆芯的關(guān)鍵物理量，評價設(shè)計是否滿足各方面要求。
[0009]參數(shù)控制模塊，實現(xiàn)通過系統(tǒng)界面提供修改操作和通過系統(tǒng)界面提供對話框輸入 新的參數(shù)來構(gòu)建、修改和控制堆芯的模型，并將所有參數(shù)輸入到核心轉(zhuǎn)換模塊；
[0010]計算模型解析模塊，自動識別、檢測和拆分用戶已有的反應(yīng)堆堆芯蒙特卡羅計算 模型，最終得到堆芯各部件具體參數(shù)，將參數(shù)輸入到核心轉(zhuǎn)換模塊之中；
[0011] 可視化交互模塊，渲染出通過核心轉(zhuǎn)換模塊構(gòu)建好的計算機三維CAD模型，讓用 戶實時對模型的設(shè)計狀態(tài)可見；
[0012] 所述核心轉(zhuǎn)換模塊具體實現(xiàn)過程為：
[0013] (1)獲取參數(shù)控制模塊和計算模型解析模塊參數(shù)，如果獲取參數(shù)來源于參數(shù)控制 模塊判定參數(shù)樹是否為空，如果非空，說明已經(jīng)存在上一代參數(shù)樹，則通過界面上存在限定 約束關(guān)系直接找到新的參數(shù)對應(yīng)節(jié)點，在此節(jié)點中替換對應(yīng)舊參數(shù)，完成對上一代參數(shù)樹 的更新；如果為空則根據(jù)界面上存在的約束關(guān)系直接到步驟（5);如果獲取參數(shù)來源于是 計算模型解析模塊，需經(jīng)歷步驟（2)，（3)，（4);
[0014] ⑵構(gòu)建參數(shù)子樹，參數(shù)子樹中包含蒙特卡羅計算模型中限定的一組柵元集合，選 此集合的標號為根節(jié)點，集合內(nèi)部的所有柵元為葉子節(jié)點，集合內(nèi)部的單個柵元成為葉子 柵元，遍歷所有葉子?xùn)旁?，如果解析得到葉子?xùn)旁匀槐涣硪粋€柵元集合給填充，則將填充 此葉子?xùn)旁褂玫臇旁系臉颂栕鳛榇巳~子?xùn)旁淖庸?jié)點，從而完成單棵參數(shù)子樹構(gòu) 建；
[0015] (3)合并參數(shù)子樹，通過各參數(shù)子樹中根節(jié)點和最下層葉子節(jié)點信息，就能講所有 子樹鏈接起來，構(gòu)建成一顆完整參數(shù)樹；
[0016] (4)歸并參數(shù)樹，由于蒙特卡羅計算模型中柵元中幾何有多個半空間面組成，幾何 信息分散零碎，通過從底向上歸并參數(shù)樹節(jié)點；
[0017] (5)完成最終參數(shù)樹構(gòu)建此參數(shù)樹，根據(jù)部件之間的包含關(guān)系劃分出對應(yīng)的層級 屬性；
[0018] (6)遍歷參數(shù)樹中的信息，通過幾何信息構(gòu)造三維幾何實體，輸入到可視化模塊進 行渲染；
[0019] (7)遍歷參數(shù)樹中的信息，通過參數(shù)樹中劃分的層級屬性，按層級的描述堆芯的每 個柵元，包括幾何描述和其他物理描述，最終輸出保留了層級關(guān)系的蒙特卡羅計算模型，用 以輸入蒙特卡羅計算程序進行計算。
[0020]所述參數(shù)控制模塊具體實現(xiàn)過程為：
[0021] (1)通過撲捉用戶在系統(tǒng)界面操作，獲取用戶輸入?yún)?shù)和操作信息具體包含構(gòu)建 堆芯各組件幾何，進一步細化堆芯組件內(nèi)部燃料棒陣列，改變組件和組件內(nèi)部元件的陣列 規(guī)則，改變控制棒位置，改變控制棒插入狀態(tài)，燃料棒軸向生長，燃料棒徑向膨脹和改變各 部分幾何對應(yīng)物理屬性；
[0022] (2)從核心轉(zhuǎn)換模塊中獲取已有參數(shù)樹，如果參數(shù)樹為空，則按照用戶輸入?yún)?shù)和 操作信息自動構(gòu)建參數(shù)樹；
[0023] (3)如果參數(shù)樹不為空，則將用戶新輸入的控制參數(shù)和操作產(chǎn)生的結(jié)果反饋進參 數(shù)樹之中，并繼續(xù)保存在核心轉(zhuǎn)換模塊。
[0024] 所述計算模型解析模塊具體實現(xiàn)過程為：
[0025] (1)用戶導(dǎo)入已有的蒙特卡羅計算模型；
[0026] (2)按照蒙特卡羅計算模型語法規(guī)則，進行解析，得到蒙特卡羅計算模型中每一個 柵元的參數(shù)，柵元中包含幾何信息與物理信息；
[0027] (3)遍歷獲取的柵元,解析柵元所屬集合和柵元是否被其它柵元集合所填充；
[0028] (4)將所有解析參數(shù)輸入到核心轉(zhuǎn)換模塊中繼續(xù)處理。
[0029] 所述可視化模塊具體實現(xiàn)過程為：
[0030] (1)從轉(zhuǎn)換核心模塊參數(shù)樹中獲取不同部件填充關(guān)系；
[0031] (2)根據(jù)此種填充關(guān)系構(gòu)建可視化分段渲染樹結(jié)構(gòu)；
[0032] ⑶實時渲染處于樹結(jié)構(gòu)中不同層級的分段，關(guān)閉不需要顯示的分段。
[0033]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于：
[0034] (1)本發(fā)明能夠直觀的得到堆芯的蒙特卡羅計算模型，避免過去手寫蒙特卡羅計 算模型的繁瑣性，提高了建模效率，極大減少了建模所消耗時間和發(fā)送錯誤的概率，將以往 數(shù)天才能完成并需要反復(fù)驗證的建模任務(wù)，縮短至一個小時以內(nèi)；
[0035] (2)本發(fā)明支持反復(fù)迭代設(shè)計，不僅僅是建模，然后計算，并且開發(fā)出了很多對模 型進行修改的功能，使整個反應(yīng)堆設(shè)計過程一站化實施，不需要反復(fù)建模，增加了模型的重 用效率，消除了重復(fù)性的建模工作，使整個堆芯設(shè)計過程清晰明了，減輕設(shè)計者負擔(dān)；
[0036] (3)本發(fā)明支持蒙特卡羅計算模型的解析和可視化，原有技術(shù)和方法，在得到蒙特 卡羅計算模型后，因為其大多數(shù)都由固定格式文本形式進行描述，很難想象其具體模型結(jié) 構(gòu)，也很難在此基礎(chǔ)上進行重用，本系統(tǒng)計算模型解析模塊和可視化模塊能夠完美解決上 述問題，不僅能重用原有的蒙特卡羅計算模型，并且能夠?qū)⑵渫暾梢暬?，生成三維的面片 模型顯示在用戶面前，最大限度避免了出錯的可能，因為肉眼能清晰觀察到堆芯模型的結(jié) 構(gòu)和任何細節(jié)；
[0037] (4)本發(fā)明可視化模塊實現(xiàn)了對模型的分段渲染，這樣避免一次性處理過多數(shù)據(jù) 導(dǎo)致可視化效率過低，又能在需要時候渲染出最底層細節(jié)，又避免了可視化圖形由于面片 數(shù)量太多反而不能突出用戶想要關(guān)注的重點等。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0038] 圖1為本發(fā)明總體流程圖；
[0039]圖2為本發(fā)明的組成框圖；
[0040]圖3為圖1中參數(shù)控制模塊的實現(xiàn)流程圖；
[0041]圖4為圖1中計算模型解析模塊的實現(xiàn)流程圖；
[0042]圖5為圖1中核心轉(zhuǎn)換模塊的實現(xiàn)流程圖；
[0043]圖6為圖1中可視化模塊的實現(xiàn)流程圖；
[0044]圖7是堆芯組件設(shè)計參數(shù)示例；
[0045] 圖8是參數(shù)樹結(jié)構(gòu)圖；
[0046]圖9是參數(shù)樹合并過程；
[0047]圖1〇是通過實施例1中表格參數(shù)，構(gòu)建出來的堆芯CAD工程模型線框圖；
[0048]圖11是實施例1中生成的部分MCNP程序計算模型； '
[0049]圖12是實施例2導(dǎo)入的部分MCNP程序計算模型；
[0050] 圖13是通過導(dǎo)入的計算模型文件，生成的CAD工程模型線框圖。

【具體實施方式】
[0051] 本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)在基于蒙特卡羅計算方法下對反應(yīng)堆堆芯迭代設(shè)計的建模過程， 其能夠生成堆芯的CAD工程設(shè)計模型和堆芯的蒙特卡羅計算模型，其中CAD工程設(shè)計模型 可以用于肉眼觀察堆芯結(jié)構(gòu)和工程設(shè)計，蒙特卡羅計算模型能夠?qū)朊商乜_計算程序， 計算出反應(yīng)堆堆芯關(guān)鍵物理參數(shù)，用以評判堆芯設(shè)計方案是否滿足預(yù)期，如果沒有滿足，可 以在系統(tǒng)界面中進行可視化修改，直到滿足設(shè)計預(yù)期為止。
[0052] 如圖1所示，本發(fā)明總體流程為，首先可以解析己有蒙特卡羅計算模型，或者獲取 用戶界面輸入得到參數(shù)信息，在通過參數(shù)構(gòu)建完成參數(shù)樹后，得到了柵兀建的層級信息，通 過層級信息，可以直接構(gòu)建對應(yīng)柵元部件的三維CAD幾何，同時也可以直接輸出蒙特卡羅 計算文件，在生成每個部件的三維CAD幾何后，可以對所有的幾何按照構(gòu)建的分段信息進 行分段渲染，在界面中按照用戶操作實時可視化不同的分段，用戶可以在界面中使用系統(tǒng) 提供的相應(yīng)功能對這些三維渲染模型進行修改操作，包括幾何屬性和物理屬性，在修改完 成后可以生成新的蒙特卡羅計算模型，蒙特卡羅計算模型用于蒙特卡羅輸運程序計算，最 終得到想要的結(jié)果。
[0053] 如圖2所示，本發(fā)明系統(tǒng)包括參數(shù)控制模塊、計算模型解析模塊、核心轉(zhuǎn)換模塊和 可視化交互模塊。參數(shù)控制模塊負責(zé)獲取用戶的操作，并轉(zhuǎn)換為模型的控制參數(shù)，計算模型 解析模塊負責(zé)解析已有的蒙特卡羅計算模型，獲取模型的參數(shù)，核心轉(zhuǎn)換模塊負責(zé)接收前 面兩個模塊得到的參數(shù)，并構(gòu)建新的參數(shù)樹或者修改參數(shù)樹的部分節(jié)點，并負責(zé)將參數(shù)樹 轉(zhuǎn)換為CAD工程實體幾何模型和新的蒙特卡羅計算模型，可視化模塊負責(zé)接收到核心轉(zhuǎn)換 模塊得到的CAD工程實體幾何，并更具參數(shù)樹結(jié)構(gòu)對對應(yīng)的實體幾何進行分段渲染，對整 個堆芯模型進行可視化。
[0054] 如圖3所示，本發(fā)明中參數(shù)控制模塊具體實現(xiàn)如下：
[0055] (1)用戶通過界面輸入堆芯內(nèi)部包含的每一種組件的幾何參數(shù)信息，例如形狀、高 度、半徑、密度、中子重要性、材料號，材料號對應(yīng)具體的材料卡內(nèi)部包含各種同位素和其不 同的核子密度。
[0056] (2)輸入堆芯各個不同組件的裝配信息，在徑向上每一圈進行設(shè)置，例如前四圈是 燃料組件，后四圈是反射組件，最外層兩圈是屏蔽組件。
[0057] (3)對燃料組件內(nèi)部進一步進行細化，設(shè)計每一根燃料棒的結(jié)構(gòu)，裝備進燃料棒的 陣列。
[0058] (4)完成堆芯的所有參數(shù)設(shè)計，參數(shù)自動會被保存在核心轉(zhuǎn)換模塊數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，核 心轉(zhuǎn)換模塊生成堆芯CAD模型，并在界面進行可視化，選中可視化圖形，例如選中一根燃料 組件，選擇組件替換功能，替換此組件為安全棒組件，在替換后核心轉(zhuǎn)換模塊中參數(shù)也同步 發(fā)生改變。
[0059]如圖4所示，本發(fā)明中計算模型解析模塊聯(lián)合核心轉(zhuǎn)換模塊構(gòu)建參數(shù)樹具體實現(xiàn) 如下：
[0060] (1)導(dǎo)入一個已有的蒙特卡羅計算模型，例如壓水堆模型的MCNP計算程序的輸入 文件（即計算模型）。
[0061] (2)自動按照MCNP輸入文件語法格式對整個輸入文件進行解析，并按照模型之間 相互嵌套填充關(guān)系構(gòu)建參數(shù)樹，參數(shù)樹的構(gòu)建步驟如圖8,例如根據(jù)MCNP計算模型語法規(guī) 則，先構(gòu)找到一個U卡為父節(jié)點，將標記為此U卡的所有柵元放入此父節(jié)點的葉子節(jié)點，再 找到每個柵元里描述的填充信息，例如有一個葉子?xùn)旁腇ill卡為2,則U卡為2的父節(jié)點 為此葉子節(jié)點的葉子節(jié)點。
[0062] ⑶在完成所有柵元的遍歷后，將得到很多棵這樣的子樹，最后根據(jù)子樹父節(jié)點和 最下層葉子節(jié)點對應(yīng)的其它子樹的父節(jié)點連接起來，構(gòu)成完整的參數(shù)結(jié)構(gòu)。
[0063] (4)參數(shù)樹自動保存在核心轉(zhuǎn)換模塊中。
[0064]如圖5所示，本發(fā)明中核心轉(zhuǎn)換模塊具體實現(xiàn)如下：
[0065] (1)通過接收參數(shù)控制模塊和計算模型解析模塊的參數(shù)信息，構(gòu)建好參數(shù)樹，
[0066] (2)按照參數(shù)樹從最底層開始向上層遍歷，在得到一個葉子節(jié)點，按照蒙特卡 羅計算模型的語法規(guī)則輸出此節(jié)點信息，例如按照一種新的國產(chǎn)超級蒙特卡羅計算程序 SuperMC的語法規(guī)則，類似于XML格式輸出此節(jié)點。
[0067] ⑶通過參數(shù)樹開始向上歸并每個葉子節(jié)點里的幾何體，例如發(fā)現(xiàn)2個平行面，則 手工補足缺失的另外4個面，4個面的面參數(shù)都默認給定一個足夠大值，從而歸并出一個立 方體，如果這個節(jié)點的上層節(jié)點還能找到另外方向的平行面，這自動將最新得到的平行面 與最開始的2個平行面組合起來，剩余的兩個面仍然是由默認給定的足夠大的值構(gòu)建的面 組成，然后繼續(xù)往上歸并。
[0068] ⑷通過不斷的歸并，最終會得到每個部件的幾何參數(shù)（如果描述的是一個正確 的反應(yīng)堆，一定會達到這個結(jié)果），并能找到部件與部件的填充關(guān)系。
[0069] 在參數(shù)樹結(jié)構(gòu)中同時保留了不同部件的陣列信息，例如燃料棒在燃料組件內(nèi)部陣 列，燃料組件在堆芯圍桶內(nèi)部陣列，通過這些信息核心轉(zhuǎn)換模塊開始構(gòu)建實體幾何，并根據(jù) 完成歸并的參數(shù)樹構(gòu)建分段，將對應(yīng)的實體幾何劃分進對應(yīng)的分段之中。
[0070] 如圖6所示，本發(fā)明中可視化模塊具體實現(xiàn)如下：
[0071] (1)獲取核心轉(zhuǎn)換模塊中構(gòu)建的實體和分段信息；
[0072] (2)通過分段節(jié)點構(gòu)建實體模型渲染單元；
[0073] (3)按照用戶的需求顯示渲染單元，呈現(xiàn)出不同的可視化面片模型給用戶。
[0074] 如圖7所示，為堆芯一個組件的幾何參數(shù)實例，所有幾何參數(shù)可以通過參數(shù)控制 模塊提供的界面進行輸入，在輸入后會根據(jù)不同部件的結(jié)構(gòu)自動完成參數(shù)樹的構(gòu)建。
[0075] 如圖8所示，為一顆完成的參數(shù)樹示意圖，其實父節(jié)點表示一系列柵元的組合，在 此圖中UX節(jié)點表示堆芯總體幾何，堆芯總體幾何由Cl、C2和C3三個柵元合并組成，UX節(jié) 點中記錄了三個柵元的組成關(guān)系，其中C1柵元為堆芯內(nèi)部燃料區(qū)域，由不同的燃料組件通 過陣列排布組成，第一種燃料組件標記為 υγ，第二種標記為UZ，其中UY和UZ又分別由其下 屬葉子?xùn)旁?jié)點組成，一直到參數(shù)樹最底層，這樣就形成了一個包括三層幾何結(jié)構(gòu)的完整 參數(shù)樹。
[0076] 如圖9所示，為參數(shù)樹構(gòu)建的方法，首先解析UX，UY和UZ三種柵元集合，得到三顆 參數(shù)子樹，并得到UX下屬柵元C1被UY和UZ填充，從而根據(jù)此種關(guān)系，可以合并三顆子樹。
[0077] 實施例1 :
[0078] 目標是利用本發(fā)明，完成一個快中子反應(yīng)堆堆芯的構(gòu)建，其上下柵格參數(shù)如表L 燃料棒參數(shù)如表2,其它參數(shù)見表3,在完成建模，進行部分設(shè)計優(yōu)化。
[0079] 表1 :上下柵格參數(shù)
[0080]

【權(quán)利要求】
1. 一種基于蒙特卡羅計算的反應(yīng)堆堆芯迭代設(shè)計系統(tǒng)，其特征在于：包括核心轉(zhuǎn)換模 塊、參數(shù)控制模塊、計算模型解析模塊和可視化交互模塊； 核心轉(zhuǎn)換模塊，構(gòu)建一套滿足反應(yīng)堆堆芯設(shè)計參數(shù)體系，適用于反應(yīng)堆堆芯部件存在 多層幾何嵌套填充的特點，邏輯上為一種樹形結(jié)構(gòu)，本發(fā)明中統(tǒng)稱為參數(shù)樹，基于此參數(shù)樹 核心轉(zhuǎn)換模塊完成三維CAD模型和蒙特卡羅計算程序輸入模型的生成和相互轉(zhuǎn)換；所述 參數(shù)控制模塊與計算模型解析模塊所提供參數(shù)全部輸入到核心轉(zhuǎn)換模塊中，由核心轉(zhuǎn)換模 塊構(gòu)建參數(shù)樹，可視化交互模塊從核心轉(zhuǎn)換模塊中提取參數(shù)樹，基于參數(shù)樹，可視化交互模 塊對模型進行三維渲染，而參數(shù)控制模塊能夠繼續(xù)對界面中渲染出的三維模型進行修改操 作，修改操作產(chǎn)生的新的參數(shù)會傳遞給核心轉(zhuǎn)換模塊，核心轉(zhuǎn)換模塊負責(zé)完成對參數(shù)樹的 修改，在整個過程中核心轉(zhuǎn)換模塊隨時能夠?qū)?shù)樹中的信息轉(zhuǎn)換成蒙特卡羅計算程序輸 入文件，蒙特卡羅計算程序輸入文件用于基于蒙特卡羅方法的輸運計算，得到堆芯的關(guān)鍵 物理量，評價設(shè)計是否滿足要求； 參數(shù)控制模塊，實現(xiàn)通過系統(tǒng)提供修改操作和通過系統(tǒng)界面提供對話框輸入新的參數(shù) 來構(gòu)建、修改和控制堆芯的模型，并將所有參數(shù)輸入到核心轉(zhuǎn)換模塊； 計算模型解析模塊，自動識別、檢測和拆分用戶已有的反應(yīng)堆堆芯蒙特卡羅計算模型， 最終得到堆芯各部件具體參數(shù)，將參數(shù)輸入到核心轉(zhuǎn)換模塊之中； 可視化交互模塊，渲染出通過核心轉(zhuǎn)換模塊構(gòu)建好的計算機三維CAD模型，讓用戶實 時對模型的設(shè)計狀態(tài)可見，該模塊從轉(zhuǎn)換核心模塊參數(shù)樹中獲取不同部件填充關(guān)系，根據(jù) 此種填充關(guān)系構(gòu)建可視化分段渲染樹結(jié)構(gòu)，實時渲染處于樹結(jié)構(gòu)中不同層級的分段，關(guān)閉 不需要顯示的分段。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于蒙特卡羅計算的反應(yīng)堆堆芯迭代設(shè)計系統(tǒng)，其特征在 于：所述核心轉(zhuǎn)換模塊具體實現(xiàn)過程為： (1) 獲取參數(shù)控制模塊和計算模型解析模塊參數(shù)，如果獲取參數(shù)來源于參數(shù)控制模塊 判定參數(shù)樹是否為空，如果不為空，說明已經(jīng)存在上一代參數(shù)樹，則通過界面上存在限定約 束關(guān)系直接找到新的參數(shù)對應(yīng)節(jié)點，在此節(jié)點中替換對應(yīng)舊參數(shù)，完成對上一代參數(shù)樹的 更新；如果為空，則根據(jù)界面上存在的約束關(guān)系直接到步驟（5);如果獲取參數(shù)來源于是計 算模型解析模塊，轉(zhuǎn)至步驟（2)，（3)，（4); (2) 構(gòu)建參數(shù)子樹，參數(shù)子樹中包含蒙特卡羅計算模型中限定的一組柵元集合，選此集 合的標號為根節(jié)點，集合內(nèi)部的所有柵元為葉子節(jié)點，集合內(nèi)部的單個柵元成為葉子?xùn)旁?遍歷所有葉子?xùn)旁绻馕龅玫饺~子?xùn)旁匀槐涣硪粋€柵元集合填充，則將填充此葉子 柵元所使用的柵元集合的標號作為此葉子?xùn)旁脑傧乱粚幼庸?jié)點，從而完成單棵參數(shù)子樹 構(gòu)建； (3) 合并參數(shù)子樹，通過各參數(shù)子樹中根節(jié)點和最下層葉子節(jié)點信息，就能講所有子樹 鏈接起來，構(gòu)建成一顆完整參數(shù)樹； (4) 歸并參數(shù)樹，由于蒙特卡羅計算模型中柵元中幾何有多個半空間面組成，幾何信息 分散零碎，遍歷參數(shù)樹，歸并參數(shù)樹節(jié)點，合并零碎的半空間面，組合成更加完整幾何； (5) 完成最終參數(shù)樹構(gòu)建，基于此參數(shù)樹，根據(jù)部件之間的包含關(guān)系劃分出對應(yīng)的層級 屬性； (6) 遍歷參數(shù)樹中的信息，通過幾何信息構(gòu)造三維幾何實體，輸入到可視化模塊進行渲 染； (7)遍歷參數(shù)樹中的信息，通過參數(shù)樹中劃分的層級屬性，按層級的描述堆芯的每個柵 元，包括幾何描述和其他物理描述，最終輸出保留了層級關(guān)系的蒙特卡羅計算模型，用以導(dǎo) 入蒙特卡羅計算程序進行計算。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于蒙特卡羅計算的反應(yīng)堆堆芯迭代設(shè)計系統(tǒng)，其特征在 于：所述參數(shù)控制模塊具體實現(xiàn)過程為： (1) 通過撲捉用戶在系統(tǒng)界面操作，獲取用戶輸入?yún)?shù)和操作信息，構(gòu)建堆芯各組件幾 何，進一步細化堆芯組件內(nèi)部燃料棒陣列，改變組件和組件內(nèi)部元件的陣列規(guī)則，改變控制 棒位置，改變控制棒插入狀態(tài)，燃料棒軸向生長，燃料棒徑向膨脹和改變各部分幾何對應(yīng)物 理屬性； (2) 從核心轉(zhuǎn)換模塊中獲取已有參數(shù)樹，如果參數(shù)樹為空，則按照用戶輸入?yún)?shù)和操作 信息自動構(gòu)建參數(shù)樹； (3) 如果參數(shù)樹不為空，則將用戶新輸入的控制參數(shù)和操作產(chǎn)生的結(jié)果反饋進參數(shù)樹 之中，并繼續(xù)保存在核心轉(zhuǎn)換模塊。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于蒙特卡羅計算的反應(yīng)堆堆芯迭代設(shè)計系統(tǒng)，其特征在 于：所述計算模型解析模塊具體實現(xiàn)過程為： (1) 用戶導(dǎo)入已有的蒙特卡羅計算模型； (2) 按照蒙特卡羅算模型語法規(guī)則，進行解析，得到蒙特卡羅計算模型中每一個柵元的 參數(shù)，柵元中包含幾何信息與物理信息； (3) 遍歷獲取的柵元，解析柵元所屬集合和柵元是否被其它柵元所填充； (4) 將所有解析參數(shù)輸入到核心轉(zhuǎn)換模塊中繼續(xù)處理。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于蒙特卡羅計算的反應(yīng)堆堆芯迭代設(shè)計系統(tǒng)，其特征在 于：所述可視化模塊具體實現(xiàn)過程為： (1) 從轉(zhuǎn)換核心模塊參數(shù)樹中獲取不同部件填充關(guān)系； (2) 根據(jù)此種填充關(guān)系構(gòu)建可視化分段渲染樹結(jié)構(gòu)； (3) 實時渲染處于樹結(jié)構(gòu)中不同層級的分段，關(guān)閉不需要顯示的分段。
【文檔編號】G06T15/00GK104298836SQ201410625030
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年11月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月6日
【發(fā)明者】甘佺, 俞盛朋, 程夢云, 汪冬, 吳宜燦 申請人:中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院