压水堆核电站运行堆芯物理过程的pc仿真

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1、Vol.23.No.4第23卷第4期核动力工程Aug.20022002年8月NuclearPowerEngineering文章编号：0258－0926(2002)04－0091－05压水堆核电站运行堆芯物理过程的PC仿真1211于涛，罗璋琳，龚学余，曹雷（1.南华大学核科学技术学院，衡阳，湖南，421001；2.中国原子能科学研究院，北京，102413）摘要：阐述了PWR核电站堆芯的模型化问题，建立了适用于微机仿真的核电站的临界堆中子动力学模型、温度效应中子动力学模型和堆芯热传递模型。应用所建模型，建立传递函数，用微机仿真并对仿真结

2、果进行分析。关键词：PWR核电站；物理数学模型；仿真；MATLAB软件中图分类号：TL365文献标识码：A1引言式中符号定义见文献[1]。核电站微机仿真工作站（NPSWS）是国家“八对于某种反应性扰动引发的反应堆功率水五”重点科技攻关项目，利用微机仿真核电站动平和缓发中子先驱核密度的增量变化可表示为：n(t)=n(0)+Δn(t)态过程、核事故后各部分的瞬态特性，并进行安将Ci=Ci(0)+Ci(t)代入上式,注意到全分析和评价非常重要。作为反应堆安全审批和6事故分析的主要工具，国外已进行了大量的分析b=åbi,并忽略二次项，得到增

3、量动力学方程。i=1研究，开发了RELAP5、RETRAN、TRAC等大型程序。经过拉氏变换得到的传递函数为我国目前正在进行相关的研究工作，本文就该问n(s)n01W(s)==(2)题进行了初步的探讨。Rr(s)l*é6bùisê1+å*úëi=1l(s+li)û2压水堆核电厂堆芯部分物理数学模型核电厂的运行是一个复杂的物理、热工过程。为简化问题，本文做如下假定：①以下所说的数学模型都是集总参数模型，即把每一组成部分的动态特性集中表示为一类参数，并作为时间函数；②临界堆芯采用点堆模型；③堆芯的热传递过程等效为一根元件棒的传热过程。[

4、1]图1反应堆堆芯控制系统方框图反应堆堆芯控制系统方框图如图1。2.1临界堆芯中子动力学模型[2]2.2考虑温度效应后的堆芯中子动力学模型6组缓发中子动力学方程如下：温度效应为负效应，即当反应堆功率升高时6ìdn(t)r(t)-bï=*n(t)+ålici温度也升高，但反应性下降。由集总参数模型得ïdtli=1到燃料及冷却剂温度变化动态方程(3)[3]，经拉氏í(1)ïdci(t)bi变换后得到方程(4):=n(t)-lcïîdtl*ii收稿日期：2001－04－24；修回日期：2001－08－17基金项目：南华大学青年基金(5-0

5、0-XJ-1017)92核动力工程Vol.23.No.4.2002ìdTf·aKgf1ïï=afN-hfTfDTf(t)=Dn(t)-[DTf(t)-DTz(t)](7)ídt(3)tftfdTmïï=amN-hmTm对式(6)和式(7)进行拉氏变换，联合求解可îdt得传递函数：ìTf(s)afkfDTf(s)Kgfï==G1(s)==(8)ïN(s)S+hf1+tfs(4)Dn(s)tfs+1íT(s)akïm=m=mDTz(s)Kfz1ïN(s)S+h1+tsG2(s)==+(9)îmmDTf(s)tfs+1tfs+1则负温度效

6、应反馈回路的传递函数为：(MC)f(UA)fz式中，tf=；Kfz=；T(s)kk(UA)fz(UA)fz+(UA)zavfm-H(s)==+(5)N(s)1+ts1+ts1fmKgf=。式中，t=1/h；t=1/h；k=a/h；k(UA)fzffmmfffm=Zr-4包壳：a/h。mm·燃料和冷却剂的反应性温度系数分别为(MC)T(t)=(UA)[T(t)-T(t)]-zzf.zfzaf,am，且rf(s)=afTf，rm(s)=amTm，则考虑(UA)[T(t)-T(t)](10)z.avzav负温度系数的反应堆中子动力学模块如

7、图2所示得到增量方程如下：(式中符号定义见文献[2])。·K1KzavfzDTz(t)=DTf(t)-DTz(t)+DTav(t)tztftz(11)式中，(MC)av(MC)ztav=;tz=;(UA)zav(UA)fz+(UA)z.avKzav=1-Kfz传递函数：图2考虑负温度系数的反应堆中子DTav(s)1Kzav动力学模块方框图G3(s)==-(12)DTz(s)tavs+1tzs+1冷却剂：由上述模块及传递函数可知，虽然反应堆本(MC)T(t)=(UA)[T(t)-T(t)]-avavz.avzav身是一个非自稳定的系统

8、，但由于燃料及温度的(WC)av[Th(t)-Tc(t)](13)负效应，可以保证反应堆是一个可控的稳定系统。增量方程如下:2.3堆芯热传递模型·1DTav(t)=[DT(t)-DT(t)]-zavt在建立堆芯热传递模型时，先作如下假