核動力裝置仿真評價平臺NPPSEP研究.pdf

1、核電的快速發(fā)展，對核動力裝置的安全性和經(jīng)濟(jì)性提出了更高的要求。仿真在核電領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用，它廣泛地應(yīng)用于反應(yīng)堆設(shè)計安全分析、獨立安全評價、先進(jìn)主控室設(shè)計驗證、事故緩解措施、操縱員培訓(xùn)以及教學(xué)等方面的研究，有效地提高了核動力裝置的安全性和經(jīng)濟(jì)性。為此，本文基于受到國際認(rèn)可和廣泛使用的反應(yīng)堆熱工水力估算程序，擴(kuò)展其二回路系統(tǒng)模型，并與可視化的人機(jī)交互界面有機(jī)集成，自主研究和開發(fā)了核動力裝置仿真評價平臺NPPSEP(Nuclear

2、Power Plant Simulation EstimatePlatform)，并用于相關(guān)領(lǐng)域研究。
　　 二回路蒸汽系統(tǒng)作為核動力裝置實時、全范圍、全功能仿真研究工作的重要組成部分，與反應(yīng)堆一回路系統(tǒng)具有很大的耦合性，在分析系統(tǒng)運(yùn)行安全性時須考慮二回路系統(tǒng)動態(tài)過程對反應(yīng)堆的影響。尤其對船用核動力裝置而言，受船體空間布置的局限及海洋機(jī)動條件下負(fù)荷劇烈變化的影響，核動力系統(tǒng)的安全與二回路熱力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的關(guān)系更為密切。而NPPS

3、EP的反應(yīng)堆熱工水力程序選用了國際認(rèn)可的最佳估算程序RELAP5，該程序原開發(fā)目的主要應(yīng)用于反應(yīng)堆一回路瞬態(tài)仿真計算，因此建立能夠準(zhǔn)確反映系統(tǒng)動態(tài)運(yùn)行特性的汽輪機(jī)和冷凝器模型成為本文工作的主要組成部分之一。開發(fā)的汽輪機(jī)模型是基于級內(nèi)蒸汽的流動和做功特點，充分考慮了汽輪機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)以及核汽輪機(jī)濕蒸汽流的非平衡兩相凝結(jié)而形成的凝結(jié)沖波現(xiàn)象的影響。同時根據(jù)冷凝器的結(jié)構(gòu)和換熱特點，建立一個在凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組中被廣泛應(yīng)用的單壓表面式水冷冷凝器的動

4、態(tài)數(shù)學(xué)模型。
　　 RELAP5與新模型的耦合是NPPSEP開發(fā)的另一主要組成部分，本文對RELAP5程序進(jìn)行多項改造包括新模型輸入文件的格式制定和讀入、程序間的耦合以及計算結(jié)果的動態(tài)輸出，完成了RELAP5二回路系統(tǒng)模型的擴(kuò)展。程序改造工作的驗證結(jié)果表明：改造后的RELAP5能夠?qū)崿F(xiàn)核動力裝置一、二回路的仿真計算，改造工作對RELAP5程序的核心數(shù)學(xué)模型沒有影響。
　　 可視化的人機(jī)交互界面是NPPSEP的第三個主要組

5、成部分，為用戶提供圖形化的系統(tǒng)建模、窗口式的數(shù)據(jù)輸入以及參數(shù)的動態(tài)交互。NPPSEP可視化人機(jī)界面采用MVC(Model-View-Controller)設(shè)計模式進(jìn)行設(shè)計，利用開源的對象數(shù)據(jù)庫db4o、矢量圖形編輯控件VectorControl.Net3.0 SDK和定制控件結(jié)合圖形設(shè)備接口+GDI+(GraphicsDevice Interface Plus)技術(shù)，在.Net3.5框架上應(yīng)用C＃語言進(jìn)行開發(fā)。用戶可通過平臺界面提供的繪

6、圖工具和圖形部件庫建立核動力裝置系統(tǒng)仿真節(jié)點圖，并利用各部件的參數(shù)輸入窗口進(jìn)行參數(shù)輸入，忽略了RELAP5輸入文件的復(fù)雜編寫規(guī)則，從而高效、準(zhǔn)確的生成仿真對象的輸入卡，以被RELAP5程序調(diào)用進(jìn)行瞬態(tài)計算。瞬態(tài)計算過程中，用戶可動態(tài)的對程序進(jìn)行輸入控制，同時程序以動態(tài)曲線的形式將用戶定義的進(jìn)行顯示。NPPSEP利用工程管理SVG圖元文件、數(shù)據(jù)文件和輸入文件，滿足多人分工和可間斷性操作，支持工作的保存和復(fù)用。
　　 基于上述平臺開

7、發(fā)的功能，本文利用NPPSEP以一體化壓水堆IP200概念設(shè)計方案為對象對其進(jìn)行如下應(yīng)用研究：在雙恒定運(yùn)行方案(主冷卻劑平均溫度不變和蒸汽壓力不變)快速變負(fù)荷工況下，IP200一、二回路系統(tǒng)動態(tài)特性的仿真；滿負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)下動態(tài)的插入事故工況的仿真。研究表明，NPPSEP在研究領(lǐng)域和工程領(lǐng)域可以發(fā)揮重要作用。
　　 本文自主改造國際認(rèn)可的反應(yīng)堆最佳程序RELAP5，并對其二回路系統(tǒng)模型進(jìn)行擴(kuò)展，開創(chuàng)性的在RELAP5程序內(nèi)部建立耦