基于非采样替代模型的钍基熔盐堆系统安全不确定性分析基础理论研究

Thorium molten salt reactor is a novel design Gen-IV reactor. Current fundamental mathematical as well as physical model cannot meet the requirements of system design and safety analysis of Thorium molten salt reactor. The system is complicated, causing multiple source of uncertainty because the parameters are abundant and change widely. The traditional uncertainty method is inefficient and is always affected by subjective assumptions. This study improves the key basic model for system analysis of molten salt reactor, to develop system model for high Prandtl number fluid and focus on the generation of multi-scale, multi-point staggered mesh model based on graph matrix algorithm, which makes the network topology of complicated system can be built flexibly. The high-fidelity method for the interpolation of interface of control volume is studied and corresponding general fundamental system code is made. Identification and quantization of uncertainty is based on reliable system code to study of the effect of uncertainty on the key safety parameter. High order, multi-parameter, multi-objective, non-sampling surrogate model is developed. The assumption of input parameter distribution is not necessary and time-consuming sampling method is avoided to perform uncertainty analysis. The distribution of key parameters that affect the system safety is studied effectively. The implement of this project can provide fundamental theory and data for experiment design, system analysis and licensing of thorium molten salt reactor.

钍基熔盐堆是一种全新设计的第四代反应堆，目前的物理数学模型不能满足钍基熔盐堆的系统设计及安全分析的需要。系统回路较为复杂，不确定性来源多，涉及参数种类繁多且可变范围广，传统不确定分析方法效率低和易受到主观因素影响。本课题完善钍基熔盐堆系统分析相关的基础理论模型，建立可模拟高普朗特数流体的系统分析物理模型，研究多尺度多节点离散型系统交错网格图论矩阵生成算法，自由构建复杂热流系统的网络拓扑关系，研究精确度高的交错网格控制体界面插值算法，开发钍基熔盐堆系统基础通用程序。在此基础上识别和量化复杂热流系统的不确定性，量化这些不确定性输入参数对于关键安全参数的综合影响，研究高阶、多参数、多目标非抽样替代模型算法，不需要假定输入参数分布信息且避免采用耗时的大规模采样方式进行系统不确定性分析。本课题的开展为钍基熔盐堆相关实验设计、系统分析及安全评审提供理论和数据支撑。

钍基熔盐堆是一种全新设计的第四代反应堆，目前的物理数学模型不能满足钍基熔盐堆的系统设计及安全分析的需求。钍基熔盐堆系统回路较为复杂，不确定性来源多，涉及参数种类繁多且可变范围广，传统不确定分析方法效率低和易受到主观因素影响。针对钍基熔盐堆系统回路复杂多变，存在多个分支回路，本项目研究了多尺度多节点的离散型交错网格的生成技术，自由构建复杂热流系统的网络拓扑关系，实现静压力合理分布及速度压力耦合求解。研究精确度高的交错网格控制体界面插值算法，合理处理交叉点、分界点、倾斜处的网格界面信息，可以捕捉系统自然循环微小流量。钍基熔盐堆系统设计新颖且系统较为复杂，不确定性来源多，系统属于典型的非线性复杂系统。本项目针对系统微分模型具有非线性特点，完成了基于替代模型不确定性分析算法研究，实现了高阶、多参数、多目标非采样替代模型算法，使得敏感性及不确定性分析效率提高数百倍。本课题是把统计学理论与物理数学模型有机的结合，是把不确定论与确定论有机的融合。本项目完善了钍基熔盐堆的基础通用系统分析模型。在此基础上识别量化系统的不确定性来源，研究非采样替代模型对复杂热工流体系统进行不确定性分析计算，解决传统不确定性分析算法低效率问题以及主观因素干扰输入参数分布问题，获得影响钍基熔盐堆关键安全参数的不确定性分布情况。研究成果可以用于进一步优化钍基熔盐堆系统的设计，有助于推进钍基熔盐堆的核安全评审。同时为进一步拓展高效的非采样替代模型算法在复杂热流系统的不确性分析应用提供通用基础理论模型。