反应堆内控制棒下落仿真

（初稿：赵珂；  修改：吴锋）

      核电具有全生命周期碳排放最低、发电不间断的特点，是实现现代能源转型和碳中和的重要选择。然而，核电也是一把具有双刃剑的能源，如果泄露，就。。。。 为确保在危险事故发生时，核反应堆能及时停止反应，核科学家精心设计了一个部件——控制棒，如下图所示：

(复杂的堆内结构，同学们能找到控制棒吗？）        

       接下来，我们画一个简化版本的控制棒系统

(如果感到清楚得多，就请鼓鼓掌！）        

      保证核反应堆内控制棒的下落时间小于系统允许时间是核安全的重要一环，也是控制棒设计最为重要的指标。能精确预测控制棒的下落过程和下落时间，是控制棒设计的圣杯。然而，这一问题并不简单，其涉及到的力学知识至少包括：流体力学、多体动力学、计算数学、实验设计、动力学仿真等等。多年来，众多学者通过软件仿真、理论建模、实验分析等不同的方法对控制棒下落进行了分析，但是仍然存在如下问题：如何有效考虑非光滑问题，即流体流动的突变，这通常是由于控制棒组件的复杂结构和驱动机构内浮动装置的不确定运动引起的，常会导致控制棒下落过程中数值计算不稳定，从而计算失效。

      最近，我们团队赵珂博士对这一问题开展了深入研究，具体工作包括：首先，仔细理清了控制棒在下落过程中受到的复杂的各种力，对这些力进行分类，从而建立了不同的流动状态下的受力表达式；其次，通过引入关键恒等变换得到流固耦合非线性状态方程，建立了描述流体运动与控制棒耦合分析的统一的非线性方程组，将控制棒的运动变量和流体的流动变量整合为一个状态向量，真正实现了流固耦合分析相互作用。第三，针对导向管中流动状态突变引起的控制棒速度不平滑变化，建立了TSAS算法，可以自动调整时间步长，有效提高计算效率。通过具体算例分析表明，我们模型的结果与某商业软件计算结果，以及试验结果均吻合，而计算效率则是该商业软件的15倍。

    上述成果已发表在中科院核科学技术一区期刊《Annals of Nuclear Energy》，标题为："Nonlinear state equation and adaptive symplectic algorithm for the control rod drop"，欢迎批评指正。