一种数值反应堆单元化高效集成网格生成方法及系统

本发明涉及有限元网格，尤其涉及一种数值反应堆单元化高效集成网格生成方法及系统。背景技术：：：1、反应堆工程中的热工水力分析对于研究核反应堆内部的各种运行行为至关重要，是核反应堆安全、经济运行的基础。为了实现反应堆堆芯的有效冷却、功率提升和延寿，极其有必要深入了解堆芯的热工水力特性机制及其演化规律。目前，热工水力特性分析主要依赖子通道(如“yang b w,ninokata h,long j,et al.subchannel analysis–currentpractice and development for the future[j].nuclear engineering and design,2021,385:111477.doi:10.1016/j.nucengdes.2021.111477.”所述)和计算流体动力学(computational fluid dynamics，cfd)(如“andersson b,campobasso ms.computational fluid dynamics for engi neers[j].aeronautical journal,2014,118(1208):1215-1216.”所述)的方法。其中，基于子通道的大尺度分析计算在精密复杂堆芯特征结构的影响下很难精确捕捉冷却剂的温度、速度、压力等热工水力特性变化。与子通道的大尺度计算相比，cfd计算能够以细粒度方式准确捕捉反应堆内冷却剂错综复杂的三维流动和传热特性(如“kutuk b g i h.computational fluid dynamics analyses of avv er-1200nuclear reactor vessel for symmetric inlet,asymmetric inlet,and loca conditions[j].international journal of pressure vessels and piping,2020,187(1):104165.”所述)。然而，以精密复杂流场区域的高精细网格划分为核心基础的cfd计算中，网格划分过程极其复杂，是整个计算过程最耗时耗力的步骤，与网格相关的工作甚至能占到整个模拟工作量的70％～80％。此外，所构建网格模型的网格类型、规模、质量、分布等都与后续求解偏微分方程密切相关，且不同网格划分方式会对数值模拟计算的规模、效率和精度产生很大影响，是决定数值计算是否准确甚至是否收敛的关键因素(如“methodsfor grid generation in cfd simulations,cadence,system analysis,https://resources.system-analysis.cadence.com/blog.”及“chen x,peng d,gao s.svm-basedtopologi cal optimization of tetrahedral meshes[c].in proceedings of the 21stinternatio nal meshing roundtable(imr),2013,211-224.”所述)。2、目前，针对核反应堆的堆芯流体域网格模型构建基本依赖商业网格划分工具，如ansys icem、ansys fluent meshing、gmsh、csimsoft trelis等。然而，由于堆芯结构的几何复杂性、尺寸精细性、规模庞大性及高保真数值计算要求，使得利用商业工具为堆芯流场生成高分辨率的精细网格模型非常具有挑战性。1)首先，利用商业工具的几何建模和网格划分是两个解耦的过程，用户依赖性都非常强，且面向反应堆全堆芯的几何和网格模型的构建过程都非常复杂；2)其次，基于商用软件的画网格过程所需参数设置较多，且用户对参数范围难以把控，极易出现由于参数设置不合适而导致不能生成网格模型，或模型中极易出现错误网格的情况；3)另外，网格模型生成后一般仍需大量的用户交互来微调网格使其满足用户需求，但网格划分过程非常脆弱，对某一参数的微小调整很容易导致整个网格模型生成过程失败(如“jain r,tautges t.rgg:reactor geometry(and mesh)generator[c].in proceedings of the international congress on advances in nuclear powerplants,2012.”所述)；4)所生成网格模型中存在的低质量网格较多，网格质量优化难以保持边界特性，网格疏密分布不合理且不考虑流场特性，精细位置的拟合效果较差(如“escobar j m,montenegro r,montero g,et al.gonzález-yuste,smoothing and localrefinement techniques for improving tetrahedral mesh quality[j].computersstructures,2005,83(28-30):2423-2430.”所述)；5)全堆芯网格规模非常大，商业工具的网格划分方式需要大量内存和执行时间，且对主求解计算挑战巨大(如“lu x,li y,chend,et al.challenges of high-fidelity virtual reactor for exascale computingand research progress of china virtual reactor[j].nuclear engineering anddesign,2023,413:112566.”所述)；6)商业工具只针对网格模型生成一个整体网格文件，效率低、所需计算内存及io消耗非常大，极易出现因内存限制而无法成功生成网格文件，以及可视化困难等情况。鉴于此，本发明提出了一种数值反应堆单元化高效集成网格生成方法及系统。技术实现思路1、本发明的目的在于提供一种数值反应堆单元化高效集成网格生成方法及系统以解决背景技术：：中所提出的问题。本发明基于堆芯的同构性结构特点，将复杂庞大的堆芯系统拆分成可重复的最小基本单元，对基本单元进行快速网格划分，并将网格化基本单元进行并行复制平移，合并成全堆芯或任意堆芯位置的流场网格模型。2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：3、一种数值反应堆单元化高效集成网格生成方法，基于堆芯的同构性结构特点，将复杂庞大的堆芯系统拆分成最小基本单元，对基本单元进行网格划分，将网格化基本单元进行并行复制平移，合并成全堆芯或任意堆芯位置的流场网络模型，所述方法具体包括以下步骤：4、s1、粗网格模型筛选：从预先构建的网络模型库中筛选出基本单元相关的粗网格模型；5、s2、粗网格模型细化及优化计算：对s1中所筛选出的粗网格模型执行并行的细化、边界拟合优化、网格质量优化操作，将粗网格模型构建为高质量网格模型，即网格规模和网格质量满足要求、网格分布合理、精密复制边界位置的网格具有较高拟合性；6、s3、基本单元网格模型构建：根据s2中所输出的高质量网格模型构建满足合并要求的基本单元网格模型；7、s4、复制平移合并生成目标网格模型：根据s3中所构建的初始位置上的基本单元网格模型文件，进行大规模并行地复制平移计算，生成要求的目标网格模型文件。8、优选地，s1中所筛选出的粗网格模型的种类和数量与最终生成的目标网络模型的类型有关，具体指：9、1)若目标网格模型为全堆芯流场网格模型或全堆芯组件流场网格模型，则粗网格模型种类和数量为堆芯内包含的所有组件种类和数量；10、2)若目标网格模型为全堆芯间隙流场网格模型，则粗网格模型种类和数量为堆芯内包含的间隙单元的种类和数量；11、3)若目标网格模型为任意堆芯位置的某个组件或流道或间隙单元的流场网格模型，则粗网格模型的种类和数量均为1。12、优选地，所述粗网格模型的几何体结构与对应基本单元极其相似，其为基本单元几何体的局部，两者仅存在轴向范围的细微偏差，其他的几何尺寸完全相同。粗网格模型具有构建效率高、存储需求低且保持几何体边界的优点。13、优选地，s3中所构建的基本单元网格模型与目标网络模型的类型有关，具体指：14、1)若目标网格模型为全堆芯流场网格模型，则基本单元网格模型由堆芯内包含的各类型组件以及根据组件基本单元构建的各类型间隙基本单元构成；15、2)若目标网格模型为全堆芯组件流场网格模型，则基本单元网格模型与堆芯内包含的各类型组件一一对应；16、3)若目标网格模型为全堆芯间隙流场网格模型，则基本单元网格模型与堆芯内包含的各类型间隙单元一一对应；17、4)若目标网格模型为任意堆芯位置的某个组件或流道或间隙单元的流场网格模型，则基本单元网格模型与堆芯内特定类型的组件或流道或间隙单元一一对应。18、优选地，所述基本单元网格模型均位于堆芯初始位置，构建基本单元网格模型时，对全堆芯的组件、间隙进行分层编号设计，并为堆芯内各类型组件、流道、间隙指定初始位置编号。19、优选地，s4中所述进行大规模并行地复制平移计算基于所设计的平移参数文件实现，所述平移参数文件包括“组件平移参数文件”、“间隙平移参数文件”以及“流道平移参数文件”，上述文件的设计可极大加速目标网格模型的构建。20、一种数值反应堆单元化高效集成网格生成系统，包括以下内容：21、用户参数输入模块：用户通过此模块输入生成目标网格模型的各种控制参数；所述控制参数包括堆型参数、流体构型参数、堆芯位置参数、网格相关的参数及网格文件相关的参数；22、目标网格模型生成模块：基于s4所述操作及用户输入的控制参数为用户生成定制化的目标网格模型；23、网络模型分析模块：以用户指定的质量评价标准为指标，为用户计算目标网格模型的总网格量“totamesh”及总网格节点量“totanode”，网格模型中的最差网格质量“minqua”、平均网格质量“avequa”、最高网格质量“maxqua”以及网格质量分布情况，具体分为4个质量区间：[0,0.25)、[0.25,0.5)、[0.5,0.75)、[0.75,1]，并统计目标网格模型中分别处于各质量区间的网格占比；24、网格质量优化模块：根据用户输入“global”或“local”，优化计算的最大迭代轮数“maxcount”和质量阈值“qualithreshold”参数，为用户上传的网格模型执行全局或局部的网格质量优化计算；优化计算完毕后所述网格质量优化模块自动调用“网格模型分析模块”的质量分析程序来展示优化模型的质量情况，并进一步向用户展示提升的网格质量总值；25、网格文件生成模块：根据用户输入的文件类型“filetype”、文件数“flienu mber”以及文件合并“ismerge”等参数为用户生成目标网格模型特定文件类型的全局或局部网格文件供用户选择下载；26、型可视化展示模块：针对用户选择的特定堆芯位置流场的局部或全局网格模型进行可视化展示；27、网格集成函数库模块：集成有复杂网络的各种数据结构表示及面向网格的各种复杂操作函数，为其他模块的高效计算提供基础与支持；28、网络模型库模块：所述网络模型库模块为数据管理中心，存储有与各类型反应堆关联的各类型组件、流道、间隙单元相关的初始粗网格模型。29、与现有技术相比，本发明提供了一种数值反应堆单元化高效集成网格生成方法及系统，具备以下有益效果：30、(1)本发明设计了一种适应核反应堆的完全不同与广泛应用商业建模手段的新颖网格划分新思想，并将其具体化为可执行的4阶段过程，基于该4阶段过程进一步设计了一套网格划分系统。本发明在进行堆芯复杂精密流场的网格划分时具有较高的鲁棒性和可扩展性、低用户依赖性，避免了用户的几何建模且极大简化了网格模型构建过程，可为堆芯的高保真模拟计算实现定制化网格模型构建。31、(2)本发明所提出的质量优化策略可实现针对大规模网格模型的全局或局部网格质量优化，结合网格模型的细化及针对复杂几何边界的拟合优化计算，可构建满足用户网格规模、质量要求的高分辨率网格模型。大规模并行海量网格(文件)生成策略可极大提高大规模堆芯流场的网格划分效率及内存消耗。可实现全堆芯或任意堆芯位置流场的高效率、高质量网格模型构建，为堆芯高保真热工水力模拟的高效计算提供了基础。32、(3)本发明针对目标网格模型设计的连续多局部小网格文件的协同刻画方式有益于网格模型的并行生成，有效缓解了大规模网格模型文件的生成和存储压力，进一步缓解了大规模网格模型对区域分解及主求解计算带来的挑战，有效弥补了大规模网格可视化时数据加载困难的缺点。此外，针对全堆芯流场的几何单元分割、全堆芯分层编号、平移参数文件设计、网格文件的编号模式设计、数据库设计进一步保证了堆芯网格模型的高性能构建及管理。当前第1页12当前第1页12