本课题在蒙卡高保真耦合模拟和随机介质精细计算方面取得了方法上的创新以及程序计算能力的突破，不仅使RMC程序在反应堆全寿期高保真模拟和随机介质精细计算方面的研究达到了先进水平，同时也具有明确的工程应用价值。

导师序言

随着核能发电、制氢和核动力等技术的不断发展，在保证安全性的前提下，核能系统的经济性也越来越受到关注。蒙特卡罗（蒙卡）方法采用连续能量点截面和构造实体几何，在处理复杂几何结构和复杂能谱方面具有不可替代的优势，因此在反应堆物理设计中发挥着越来越重要的作用。同时，弥散型燃料（随机介质）是新型燃料设计中引人关注的燃料类型之一。蒙卡全寿期高保真模拟和随机介质精细计算研究属于目前反应堆蒙卡研究的两个前沿问题，因此有必要对其进行系统深入的分析探讨。

刘仕倡的博士学位论文以“蒙卡全寿期高保真模拟和随机介质精细计算”为研究主题，基于自主化反应堆蒙卡程序RMC，针对随机介质（弥散燃料）模拟、核截面温度反馈（多普勒展宽）、超大规模并行计算和物理热工耦合等内容，研究了关键方法和算法。首先，针对多温度连续能量点截面内存占用太大的问题，开发了高效的全能区在线截面处理方法。在此基础上，实现了蒙卡程序RMC与子通道程序COBRATF的物理热工耦合，完成了国际基准题MITBEAVRS的两循环热态满功率工况的模拟。其次，基于区域分解、数据分解和MPI/OpenMP混合并行，依托天河二号超级计算机实现了高效的千万网格超大规模燃耗计算。最后，在随机介质计算方面，提出了多种颗粒类型的弦长抽样法和带虚拟网格加速的显式模拟法等方法，并结合大规模燃耗，实现了弥散燃料全堆输运燃耗计算。

论文在蒙卡高保真模拟和随机介质计算方法上进行了创新，并取得了程序计算能力的突破，使RMC程序在该方面的研究达到了先进水平。同时，开发的程序也成功应用于大型压水堆、核动力舰船、高温堆和先进事故容错燃料等领域的工程模拟当中，所以，该研究兼具重要的学术意义和工程应用价值。

我相信本书的出版一定会促进读者对蒙卡方法在核工程技术和应用领域的认识。

王侃清华大学工程物理系2019年8月

第1章引言

1.1研究背景与意义

1.2研究现状

1.2.1蒙卡全寿期高保真耦合模拟研究现状

1.2.2蒙卡随机介质精细计算研究现状

1.3研究目标与内容

1.4组织结构

第2章蒙卡物理热工耦合方法研究与程序开发

2.1引论

2.2温度相关截面全能区在线处理方法

2.2.1可分辨共振能区在线截面处理

2.2.2热化能区在线截面处理

2.2.3不可分辨共振能区在线截面处理

2.3温度相关截面在线处理功能验证

2.3.1可分辨共振能区

2.3.2热化能区

2.3.3不可分辨共振能区

2.4RMC/CTF通用耦合

2.4.1蒙卡输运中的热工反馈处理

2.4.2热工水力程序CTF

2.4.3耦合方式与网格对应

2.4.4蒙卡物理热工耦合稳定性及加速研究

2.5RMC/CTF物理热工耦合功能验证

2.5.1耦合有效性检验

2.5.2耦合稳定性及加速检验

2.6本章小结

第3章蒙卡大规模燃耗及换料计算方法研究与程序开发

3.1引论

3.2基于综合并行的大规模燃耗计算方法

3.2.1三种大规模燃耗并行算法介绍

3.2.2综合并行大规模燃耗算法

3.3蒙卡大规模燃耗中的氙平衡修正

3.3.1氙平衡修正介绍

3.3.2氙平衡修正收敛性及改进平衡氙方法

3.4基于pinbypin燃耗的换料方法

3.4.1蒙卡输运燃耗耦合计算介绍

3.4.2蒙卡换料功能

3.5数值验证

3.5.1综合并行燃耗算法测试

3.5.2改进平衡氙方法测试

3.5.3蒙卡换料功能测试

3.6全寿期高保真耦合策略

3.7本章小结

第4章随机介质精细计算方法研究与程序开发

4.1引论

4.2随机介质输运计算方法

4.2.1随机栅格法

4.2.2多种类型颗粒的弦长抽样法

4.2.3带虚拟网络加速的显式模拟法

4.3随机介质输运计算功能验证

4.3.1显式模拟法

4.3.2随机栅格法

4.3.3弦长抽样法

4.3.4各种建模方法的比较

4.4随机介质燃耗计算方法

4.4.1随机介质燃料元件/组件燃耗计算

4.4.2随机介质全堆燃耗计算

4.5随机介质燃耗计算功能验证

4.5.1基于虚拟网格的燃耗区合并策略验证

4.5.2基于空间的燃耗区合并策略验证

4.5.3弥散燃料全堆输运燃耗计算

4.6本章小结

第5章高保真与随机介质基准题计算分析

5.1引论

5.2CASLVERA基准题

5.2.1基准题介绍

5.2.2VERA Problem 6

5.2.3VERA Problem 7

5.3MITBEAVRS基准题

5.3.1基准题介绍

5.3.2热态零功率计算

5.3.3两循环热态满功率计算

5.4高温堆燃料元件燃耗基准题

5.4.1燃料球算例

5.4.2棱柱堆超栅元算例

5.5球床式高温堆HTR10首次临界试验计算

5.5.1HTR10介绍

5.5.2首次临界试验建模与计算

5.6本章小结

第6章总结与展望

6.1总结

6.2创新点

6.3展望

参考文献

在学期间发表的学术论文

致谢

本书基于自主反应堆蒙卡程序RMC，阐述了蒙特卡罗方法在反应堆全寿期高保真模拟与随机介质精细计算方面的最新进展，主要研究内容包括蒙卡物理热工耦合方法、蒙卡大规模精细燃耗及换料方法、 随机介质精细计算方法以及基准题验证与分析。本书适合高校核科学与技术等专业的师生以及科研院所相关专业的研究人员阅读，也可供从事核电站开发设计、建设与运行维护的工程技术人员参考。

刘仕倡，华北电力大学核科学与工程学院讲师、硕士生导师。2018年毕业于清华大学工程物理系核科学与技术专业，获博士学位，导师为王侃教授。2016-2017年曾赴美国麻省理工大学Kord Smith、Benoit Forget实验室访学。

主持国家磁约束核聚变能发展研究专项（2018YFE0308103）子课题、国家自然科学基金青年项目、教育部重点实验室课题、中央高校基本科研业务费等。发表SCI 23篇（1作16篇），EI 16篇（1作8篇），担任International Journal of Energy Research、Annals of Nuclear Energy等SCI期刊审稿人。