压水堆动态实时仿真系统

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1、压水堆动态实时仿真系统摘要：压水堆动态实时仿真系统是由实物模型和动态实时仿真软件组成的半实物仿真系统。运用相似原理制作了压水堆实物模型。通过仿真模型的研究为实际压水堆运行提供理论指导，提高经济利益并缩短了新型压水堆的研发周期。软件仿真采用的是c#，c++,MATLAB的混合仿真技术，同时建立了实物模型与仿真软件的良好接口，实现了压水堆的半实物动态实时仿真。关键词：压水堆模型，实时，动态，仿真，半实物1.半实物仿真技术概述21世纪的今天，能源是限制人们生活以及进步的一个重大问题，随着不可再生能源的枯竭，我们需要找到一种清洁安全的能源来代替，核电当之无愧。而

2、压水堆就是当前核电技术中用得最广泛的一种堆型，于是，我们需要建造经济的仿真模型来研究压水堆的运行特性，对避免核事故有着举足重轻的意义。半实物半软件仿真是把数学模型和实体模型联系在一起运行，构成仿真系统。从系统的角度来看，因有实物模型的存在，从而使部件能在满足系统整体性能指标的环境中得到检验，因此是提高系统设计可靠性和仿真真实度的一种重要方法。半实物仿真的特点以及需要解决问题：①系统一定是实时仿真，即仿真模型的时间标尺必须和自然时间标尺相同。②需要解决仿真反应堆实际数据通过相似原理变换后与仿真软件数据的接口问题③半实物仿真的实验结果比数学仿真更接近实际。2

3、.本系统各部分数学模型2.1堆芯中子动力学模型反应堆中子动力学主要是讨论反应性变化时堆内中子密度等有关参量与时间的关系。为了准确描述这种关系，必须把堆内缓发中子与瞬发中子的不同时间特性分别作不同的处理。这一点具有特别重要的意义。本系统采用六组缓发中子点堆方程。其中：ⅰ为1到6的整数；为堆内平均中子密度,(米-3)；为第ⅰ组缓发中子先驱核平均浓度，(米-3)；为反应性；为第ⅰ组缓发中子先驱核的衰变常数，(秒-1)；为中子每代时间(秒)；而为有限大反应堆的中子平均寿命，(秒)。2.2堆芯动态热工模型在反应堆中，热量由堆芯产生，通过燃料元件传递给冷却剂。冷却剂

4、在蒸汽发生器中把热量传递给二次侧流体，形成饱和或过热蒸汽，推动汽轮机发电。采用集总参数法得出平均燃料温度和平均冷却剂温度所满足的方程：其中，为燃料平均密度，千克/米3；为冷却剂平均密度，千克/米3；为燃料体积，米3；为冷却剂体积，米3；为燃料平均比热，焦/（千克∙开）；为冷却剂平均比热，焦/（千克∙开）；A为总换热面积,米2；为平均等效传热系数，瓦/（米2∙开）；为总质量流量；为堆芯冷却剂进口温度。2.3反应堆水力模型——两相混合物平均密度，千克/米3；——两相混合物平均焓值，瓦特/(米2∙开)；——两相混合物平均流速，米/秒；——换热管传热面积，米2；

5、——单位长度的传热管在单位时间内向低温介质的放热量，千焦/（米∙秒）；——两相混合物流动阻力系数；——工质流动方向与水平方向的夹角，弧度；——工质所处的压力，帕斯卡；3.本系统实物模型以及软件的实现3.1实物模型整体（压水堆实物模型）压水反应堆一回路主系统由反应堆、蒸汽发生器、主泵、稳压器以及相应管系组成。压水反应堆二回路系统由蒸汽发生器二次侧、汽轮机、冷凝器、凝水泵、给水泵、给水加热器、除氧器等主要设备组成。它以朗肯循环为基础，将蒸汽发生器一次侧能量输送至汽轮机做功。3.2控制台的实现（压水堆控制台）控制台采用FPGA为主控制器核心，实现管道各处流量，

6、温度，压力测量、控制棒棒位，蒸汽发生器，堆芯，稳压器等的液位测量以及控制堆芯模拟产热量，主泵的功率和各阀门的开度。考虑到FPGA的运算速度足以达到控制这些传感器，所以主控制器还承担了反应堆数据到仿真数据的接口转换。主控制台与上位机之间采用串口通信交换数据。3.3动态实时控制软件GUI软件仿真采用的是c#，c++，MATLAB的混合仿真技术，同时建立了实物模型与仿真软件的良好接口。软件界面采用微软的WindowsPresentationFoundation架构。此方法能够真正做到界面与逻辑代码分离，而且与多媒体之间有良好的接口。由于c#语言不适合做工程计算

7、，所以我们选择了通过c#调用c++链接库的方式来实现仿真的底层数据处理。为了利用MATLAB提供的函数，我们的c++链接库采用VC6.0编译器来实现c++调用MATLAB函数和命令。这样就实现了一套c#，c++，MATLAB的混合仿真技术。既有美观的界面，又保证了数据实时仿真的速度。4.结论以及展望本系统采用半实物仿真技术，利用c#，c++，MATLAB的混合仿真技术建立了上位机动态实时仿真软件，并且利用相似原理制作了实物压水堆模型。通过对转换后的实物反应堆数据的校验，以及配合数学模型的仿真求解，成功研究了压水堆的热工水力特性，为核电站教学以及仿真机方面

8、的应用提供了良好的基础。希望在通过对模型的简单改造后，能够对一体化压水堆提供理论