一種基于蒙特卡羅計(jì)算的反應(yīng)堆堆芯迭代設(shè)計(jì)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(jì)中，用以進(jìn)行堆芯部件設(shè)計(jì)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(dòng)創(chuàng)建裂變堆堆芯的CAD工程模型和蒙特卡羅計(jì)算模型，而蒙特卡羅計(jì)算模型是輻射輸運(yùn)蒙特卡羅計(jì)算程序的輸入，得到此模型后就能計(jì)算出反應(yīng)堆堆芯的關(guān)鍵物理量。通過不斷對(duì)計(jì)算結(jié)果中物理參數(shù)的評(píng)價(jià)，此發(fā)明可以用來對(duì)裂變堆芯模型的設(shè)計(jì)方案進(jìn)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(jì)算程序輸入文件的繁瑣性，使整個(gè)建模過程變得極其直觀，極大降低出錯(cuò)的概率，加快堆芯的設(shè)計(jì)時(shí)間。
【專利說明】一種基于蒙特卡羅計(jì)算的反應(yīng)堆堆芯迭代設(shè)計(jì)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(jì)算的反應(yīng)堆堆芯迭代設(shè)計(jì)系統(tǒng)，應(yīng)用在基于蒙特 卡羅計(jì)算的裂變堆堆芯設(shè)計(jì)中，目標(biāo)是快速自動(dòng)化構(gòu)建裂變堆堆芯CAD工程模型和蒙特卡 羅計(jì)算模型。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著反應(yīng)堆設(shè)計(jì)和建造技術(shù)的進(jìn)步，各種新型反應(yīng)堆的設(shè)計(jì)頻繁面世，蒙特卡羅 計(jì)算程序由于能適應(yīng)任意復(fù)雜幾何和計(jì)算結(jié)果精確等特點(diǎn)，開始在堆芯概念設(shè)計(jì)和工程 設(shè)計(jì)上得到廣泛應(yīng)用，而完成復(fù)雜幾何的建模是編寫計(jì)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(shí)耗力，容易出錯(cuò)；第二，腳本程序自動(dòng)建 模，無法生成工程CAD模型，不能進(jìn)行迭代設(shè)計(jì)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(dòng)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(duì)每個(gè)柵元進(jìn)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(shí)間性能和計(jì)算機(jī)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(jí)信息，在處理大規(guī)模裂變堆芯模型時(shí)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(diǎn)，蒙特卡羅計(jì)算程序一般 都會(huì)提供一種層級(jí)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(jì)算效率。于是，人們開始針對(duì)裂變堆芯這種特點(diǎn)，針對(duì)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(jì)算模型中的層級(jí)結(jié)構(gòu)，也無法完成 堆芯幾何迭代修改，無法應(yīng)用在實(shí)際堆芯的設(shè)計(jì)中。隨后北京應(yīng)用物理與計(jì)算數(shù)學(xué)研究所， 美國阿貢國家實(shí)驗(yàn)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(jì)，也無法解析現(xiàn)有蒙特卡羅計(jì)算模型，并且由于堆芯中對(duì)模型可視化和 計(jì)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(jì)算的反應(yīng) 堆堆芯迭代設(shè)計(jì)系統(tǒng)，自動(dòng)快速構(gòu)建裂變反應(yīng)堆堆芯CAD工程模型和蒙特卡羅計(jì)算模型， 并支持在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中迭代設(shè)計(jì)，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(jì) 樣本參照，而蒙特卡羅計(jì)算模型則可以輸入輻射輸運(yùn)蒙特卡羅計(jì)算程序中進(jìn)行計(jì)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(píng)價(jià)一個(gè)堆芯是否滿足 設(shè)計(jì)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(jì)算程序輸入文件的繁 瑣性，使整個(gè)建模過程變得極其直觀，極大降低出錯(cuò)的概率，加快堆芯的設(shè)計(jì)時(shí)間。
[0006] 本發(fā)明技術(shù)解決方案：一種基于蒙特卡羅計(jì)算的反應(yīng)堆堆芯迭代設(shè)計(jì)系統(tǒng)，此系 統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了基于反應(yīng)堆堆芯迭代設(shè)計(jì)的建模過程，其能夠生成堆芯的CAD工程設(shè)計(jì)模型和堆 芯的蒙特卡羅計(jì)算模型，其中CAD工程設(shè)計(jì)模型可以用于肉眼觀察堆芯結(jié)構(gòu)和工程設(shè)計(jì)， 蒙特卡羅計(jì)算模型能夠?qū)朊商乜_計(jì)算程序，計(jì)算出反應(yīng)堆堆芯關(guān)鍵物理參數(shù)，達(dá)到堆 芯的設(shè)計(jì)檢驗(yàn)作用；
[0007]本發(fā)明包括核心轉(zhuǎn)換模塊、參數(shù)控制模塊、計(jì)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(jì)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(diǎn)，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(jì)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(jì)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(duì)模型進(jìn)行三維渲染，而參數(shù)控制模塊能夠繼續(xù)對(duì)界面中渲染出的三維模型 進(jìn)行修改操作，修改操作產(chǎn)生的新的參數(shù)會(huì)傳遞給核心轉(zhuǎn)換模塊，核心轉(zhuǎn)換模塊負(fù)責(zé)完成 對(duì)參數(shù)樹的修改，在整個(gè)過程中核心轉(zhuǎn)換模塊隨時(shí)能夠?qū)?shù)樹中的信息轉(zhuǎn)換成蒙特卡羅 計(jì)算程序輸入文件，蒙特卡羅計(jì)算程序輸入文件用于基于蒙特卡羅方法的輸運(yùn)計(jì)算，得到 堆芯的關(guān)鍵物理量，評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)是否滿足各方面要求。
[0009]參數(shù)控制模塊，實(shí)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(duì)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(jì)算模型解析模塊，自動(dòng)識(shí)別、檢測和拆分用戶已有的反應(yīng)堆堆芯蒙特卡羅計(jì)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(jì)算機(jī)三維CAD模型，讓用 戶實(shí)時(shí)對(duì)模型的設(shè)計(jì)狀態(tài)可見；
[0012] 所述核心轉(zhuǎn)換模塊具體實(shí)現(xiàn)過程為：
[0013] (1)獲取參數(shù)控制模塊和計(jì)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(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)，在此節(jié)點(diǎn)中替換對(duì)應(yīng)舊參數(shù)，完成對(duì)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(jì)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(jì)算模型中限定的一組柵元集合，選 此集合的標(biāo)號(hào)為根節(jié)點(diǎn)，集合內(nèi)部的所有柵元為葉子節(jié)點(diǎn)，集合內(nèi)部的單個(gè)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€(gè)柵元集合給填充，則將填充 此葉子?xùn)旁褂玫臇旁系臉?biāo)號(hào)作為此葉子?xùn)旁淖庸?jié)點(diǎn)，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(diǎn)和最下層葉子節(jié)點(diǎn)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(jì)算模型中柵元中幾何有多個(gè)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(diǎn)；
[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(duì)應(yīng)的層級(jí) 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(shí)體，輸入到可視化模塊進(jìn) 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(jí)屬性，按層級(jí)的描述堆芯的每 個(gè)柵元，包括幾何描述和其他物理描述，最終輸出保留了層級(jí)關(guān)系的蒙特卡羅計(jì)算模型，用 以輸入蒙特卡羅計(jì)算程序進(jìn)行計(jì)算。
[0020]所述參數(shù)控制模塊具體實(shí)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(jìn)一步細(xì)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(duì)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(dòng)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(jìn)參 數(shù)樹之中，并繼續(xù)保存在核心轉(zhuǎn)換模塊。
[0024] 所述計(jì)算模型解析模塊具體實(shí)現(xiàn)過程為：
[0025] (1)用戶導(dǎo)入已有的蒙特卡羅計(jì)算模型；
[0026] (2)按照蒙特卡羅計(jì)算模型語法規(guī)則，進(jìn)行解析，得到蒙特卡羅計(jì)算模型中每一個(gè) 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(shí)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(shí)時(shí)渲染處于樹結(jié)構(gòu)中不同層級(jí)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(diǎn)在于：
[0034] (1)本發(fā)明能夠直觀的得到堆芯的蒙特卡羅計(jì)算模型，避免過去手寫蒙特卡羅計(jì) 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(shí)間和發(fā)送錯(cuò)誤的概率，將以往 數(shù)天才能完成并需要反復(fù)驗(yàn)證的建模任務(wù)，縮短至一個(gè)小時(shí)以內(nèi)；
[0035] (2)本發(fā)明支持反復(fù)迭代設(shè)計(jì)，不僅僅是建模，然后計(jì)算，并且開發(fā)出了很多對(duì)模 型進(jìn)行修改的功能，使整個(gè)反應(yīng)堆設(shè)計(jì)過程一站化實(shí)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(gè)堆芯設(shè)計(jì)過程清晰明了，減輕設(shè)計(jì)者負(fù)擔(dān)；
[0036] (3)本發(fā)明支持蒙特卡羅計(jì)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(jì)算模型后，因?yàn)槠浯蠖鄶?shù)都由固定格式文本形式進(jìn)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(jìn)行重用，本系統(tǒng)計(jì)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(jì)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(cuò)的可能，因?yàn)槿庋勰芮逦^察到堆芯模型的結(jié) 構(gòu)和任何細(xì)節(jié)；
[0037] (4)本發(fā)明可視化模塊實(shí)現(xiàn)了對(duì)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(shí)候渲染出最底層細(xì)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(diǎn)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(shí)現(xiàn)流程圖；
[0041]圖4為圖1中計(jì)算模型解析模塊的實(shí)現(xiàn)流程圖；
[0042]圖5為圖1中核心轉(zhuǎn)換模塊的實(shí)現(xiàn)流程圖；
[0043]圖6為圖1中可視化模塊的實(shí)現(xiàn)流程圖；
[0044]圖7是堆芯組件設(shè)計(jì)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(shí)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(shí)施例1中生成的部分MCNP程序計(jì)算模型； '
[0049]圖12是實(shí)施例2導(dǎo)入的部分MCNP程序計(jì)算模型；
[0050] 圖13是通過導(dǎo)入的計(jì)算模型文件，生成的CAD工程模型線框圖。

【具體實(shí)施方式】
[0051] 本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)在基于蒙特卡羅計(jì)算方法下對(duì)反應(yīng)堆堆芯迭代設(shè)計(jì)的建模過程， 其能夠生成堆芯的CAD工程設(shè)計(jì)模型和堆芯的蒙特卡羅計(jì)算模型，其中CAD工程設(shè)計(jì)模型 可以用于肉眼觀察堆芯結(jié)構(gòu)和工程設(shè)計(jì)，蒙特卡羅計(jì)算模型能夠?qū)朊商乜_計(jì)算程序， 計(jì)算出反應(yīng)堆堆芯關(guān)鍵物理參數(shù)，用以評(píng)判堆芯設(shè)計(jì)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(jìn)行可視化修改，直到滿足設(shè)計(jì)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(jì)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(jí)信息，通 過層級(jí)信息，可以直接構(gòu)建對(duì)應(yīng)柵元部件的三維CAD幾何，同時(shí)也可以直接輸出蒙特卡羅 計(jì)算文件，在生成每個(gè)部件的三維CAD幾何后，可以對(duì)所有的幾何按照構(gòu)建的分段信息進(jìn) 行分段渲染，在界面中按照用戶操作實(shí)時(shí)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(duì)這些三維渲染模型進(jìn)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(jì)算模型，蒙特卡羅計(jì)算模型用于蒙特卡羅輸運(yùn)程序計(jì)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(jì)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(fù)責(zé)獲取用戶的操作，并轉(zhuǎn)換為模型的控制參數(shù)，計(jì)算模型 解析模塊負(fù)責(zé)解析已有的蒙特卡羅計(jì)算模型，獲取模型的參數(shù)，核心轉(zhuǎn)換模塊負(fù)責(zé)接收前 面兩個(gè)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(diǎn)，并負(fù)責(zé)將參數(shù)樹 轉(zhuǎn)換為CAD工程實(shí)體幾何模型和新的蒙特卡羅計(jì)算模型，可視化模塊負(fù)責(zé)接收到核心轉(zhuǎn)換 模塊得到的CAD工程實(shí)體幾何，并更具參數(shù)樹結(jié)構(gòu)對(duì)對(duì)應(yīng)的實(shí)體幾何進(jìn)行分段渲染，對(duì)整 個(gè)堆芯模型進(jìn)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(shí)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(hào)，材料號(hào)對(duì)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(gè)不同組件的裝配信息，在徑向上每一圈進(jìn)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(duì)燃料組件內(nèi)部進(jìn)一步進(jìn)行細(xì)化，設(shè)計(jì)每一根燃料棒的結(jié)構(gòu)，裝備進(jìn)燃料棒的 陣列。
[0058] (4)完成堆芯的所有參數(shù)設(shè)計(jì)，參數(shù)自動(dòng)會(huì)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(jìn)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(jì)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(shí)現(xiàn) 如下：
[0060] (1)導(dǎo)入一個(gè)已有的蒙特卡羅計(jì)算模型，例如壓水堆模型的MCNP計(jì)算程序的輸入 文件（即計(jì)算模型）。
[0061] (2)自動(dòng)按照MCNP輸入文件語法格式對(duì)整個(gè)輸入文件進(jìn)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(jì)算模型語法規(guī) 則，先構(gòu)找到一個(gè)U卡為父節(jié)點(diǎn)，將標(biāo)記為此U卡的所有柵元放入此父節(jié)點(diǎn)的葉子節(jié)點(diǎn)，再 找到每個(gè)柵元里描述的填充信息，例如有一個(gè)葉子?xùn)旁腇ill卡為2,則U卡為2的父節(jié)點(diǎn) 為此葉子節(jié)點(diǎn)的葉子節(jié)點(diǎn)。
[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(diǎn)和 最下層葉子節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的其它子樹的父節(jié)點(diǎn)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(dòng)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(shí)現(xiàn)如下：
[0065] (1)通過接收參數(shù)控制模塊和計(jì)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(gè)葉子節(jié)點(diǎn)，按照蒙特卡 羅計(jì)算模型的語法規(guī)則輸出此節(jié)點(diǎn)信息，例如按照一種新的國產(chǎn)超級(jí)蒙特卡羅計(jì)算程序 SuperMC的語法規(guī)則，類似于XML格式輸出此節(jié)點(diǎn)。
[0067] ⑶通過參數(shù)樹開始向上歸并每個(gè)葉子節(jié)點(diǎn)里的幾何體，例如發(fā)現(xiàn)2個(gè)平行面，則 手工補(bǔ)足缺失的另外4個(gè)面，4個(gè)面的面參數(shù)都默認(rèn)給定一個(gè)足夠大值，從而歸并出一個(gè)立 方體，如果這個(gè)節(jié)點(diǎn)的上層節(jié)點(diǎn)還能找到另外方向的平行面，這自動(dòng)將最新得到的平行面 與最開始的2個(gè)平行面組合起來，剩余的兩個(gè)面仍然是由默認(rèn)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(huì)得到每個(gè)部件的幾何參數(shù)（如果描述的是一個(gè)正確 的反應(yīng)堆，一定會(huì)達(dá)到這個(gè)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(shí)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(shí)體幾何，并根據(jù) 完成歸并的參數(shù)樹構(gòu)建分段，將對(duì)應(yīng)的實(shí)體幾何劃分進(jìn)對(duì)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(shí)現(xiàn)如下：
[0071] (1)獲取核心轉(zhuǎn)換模塊中構(gòu)建的實(shí)體和分段信息；
[0072] (2)通過分段節(jié)點(diǎn)構(gòu)建實(shí)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(gè)組件的幾何參數(shù)實(shí)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(jìn)行輸入，在輸入后會(huì)根據(jù)不同部件的結(jié)構(gòu)自動(dòng)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(shí)父節(jié)點(diǎn)表示一系列柵元的組合，在 此圖中UX節(jié)點(diǎn)表示堆芯總體幾何，堆芯總體幾何由Cl、C2和C3三個(gè)柵元合并組成，UX節(jié) 點(diǎn)中記錄了三個(gè)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(biāo)記為 υγ，第二種標(biāo)記為UZ，其中UY和UZ又分別由其下 屬葉子?xùn)旁?jié)點(diǎn)組成，一直到參數(shù)樹最底層，這樣就形成了一個(gè)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(shí)施例1 :
[0078] 目標(biāo)是利用本發(fā)明，完成一個(gè)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(jìn)行部分設(shè)計(jì)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(jì)算的反應(yīng)堆堆芯迭代設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)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(diǎn)，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(jì)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(jì)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(duì)模型進(jìn)行三維渲染，而參數(shù)控制模塊能夠繼續(xù)對(duì)界面中渲染出的三維模型進(jìn)行修改操 作，修改操作產(chǎn)生的新的參數(shù)會(huì)傳遞給核心轉(zhuǎn)換模塊，核心轉(zhuǎn)換模塊負(fù)責(zé)完成對(duì)參數(shù)樹的 修改，在整個(gè)過程中核心轉(zhuǎn)換模塊隨時(shí)能夠?qū)?shù)樹中的信息轉(zhuǎn)換成蒙特卡羅計(jì)算程序輸 入文件，蒙特卡羅計(jì)算程序輸入文件用于基于蒙特卡羅方法的輸運(yùn)計(jì)算，得到堆芯的關(guān)鍵 物理量，評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)是否滿足要求； 參數(shù)控制模塊，實(shí)現(xiàn)通過系統(tǒng)提供修改操作和通過系統(tǒng)界面提供對(duì)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(jì)算模型解析模塊，自動(dòng)識(shí)別、檢測和拆分用戶已有的反應(yīng)堆堆芯蒙特卡羅計(jì)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(jì)算機(jī)三維CAD模型，讓用戶實(shí) 時(shí)對(duì)模型的設(shè)計(jì)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(shí)時(shí)渲染處于樹結(jié)構(gòu)中不同層級(jí)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(jì)算的反應(yīng)堆堆芯迭代設(shè)計(jì)系統(tǒng)，其特征在 于：所述核心轉(zhuǎn)換模塊具體實(shí)現(xiàn)過程為： (1) 獲取參數(shù)控制模塊和計(jì)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(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)，在此節(jié)點(diǎn)中替換對(duì)應(yīng)舊參數(shù)，完成對(duì)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(jì) 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(jì)算模型中限定的一組柵元集合，選此集 合的標(biāo)號(hào)為根節(jié)點(diǎn)，集合內(nèi)部的所有柵元為葉子節(jié)點(diǎn)，集合內(nèi)部的單個(gè)柵元成為葉子?xùn)旁?遍歷所有葉子?xùn)旁?，如果解析得到葉子?xùn)旁匀槐涣硪粋€(gè)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(biāo)號(hào)作為此葉子?xùn)旁脑傧乱粚幼庸?jié)點(diǎn)，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(diǎn)和最下層葉子節(jié)點(diǎn)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(jì)算模型中柵元中幾何有多個(gè)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(diǎn)，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(duì)應(yīng)的層級(jí) 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(shí)體，輸入到可視化模塊進(jìn)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(jí)屬性，按層級(jí)的描述堆芯的每個(gè)柵 元，包括幾何描述和其他物理描述，最終輸出保留了層級(jí)關(guān)系的蒙特卡羅計(jì)算模型，用以導(dǎo) 入蒙特卡羅計(jì)算程序進(jìn)行計(jì)算。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于蒙特卡羅計(jì)算的反應(yīng)堆堆芯迭代設(shè)計(jì)系統(tǒng)，其特征在 于：所述參數(shù)控制模塊具體實(shí)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(jìn)一步細(xì)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(duì)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(dòng)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(jìn)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(jì)算的反應(yīng)堆堆芯迭代設(shè)計(jì)系統(tǒng)，其特征在 于：所述計(jì)算模型解析模塊具體實(shí)現(xiàn)過程為： (1) 用戶導(dǎo)入已有的蒙特卡羅計(jì)算模型； (2) 按照蒙特卡羅算模型語法規(guī)則，進(jìn)行解析，得到蒙特卡羅計(jì)算模型中每一個(gè)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(jì)算的反應(yīng)堆堆芯迭代設(shè)計(jì)系統(tǒng)，其特征在 于：所述可視化模塊具體實(shí)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(shí)時(shí)渲染處于樹結(jié)構(gòu)中不同層級(jí)的分段，關(guān)閉不需要顯示的分段。
【文檔編號(hào)】G06T15/00GK104298836SQ201410625030
【公開日】2015年1月21日 申請(qǐng)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(qǐng)人:中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院