核电厂反应堆堆芯物理在线仿真系统研究

论文摘要

堆芯三维功率分布作为反应堆运行状态的重要参数，直接关系到反应堆的运行安全。为了能够及时、准确的了解堆芯的三维功率分布，本论文提出了研究开发反应堆堆芯物理在线仿真系统。该系统将仿真计算与仿真对象有机的结合起来，实现了仿真计算和仿真对象数据的共享。 本论文以我国自主设计、自主建设的核电秦山二期工程一号机组反应堆为研究对象，构建了堆芯物理在线仿真系统的设计方案，包括软件系统和硬件系统两部分。硬件部分主要包括仿真主计算机、仿真控制站、现场数据采集系统及相关网络设备等组成。软件部分主要由实时仿真支撑软件、仿真计算模型软件、系统通讯软件、在线仿真界面软件等组成。在线仿真系统的运行模式分为：跟踪模式和预测模式。跟踪模式是指在线仿真系统与实际机组同步运行，实时在线的提供堆芯三维功率分布。预测模式是一种离线运行模式，利用跟踪模式建立的堆芯状态库和仿真计算的超实时性，快速计算预测堆芯未来的状态。 在线仿真计算中，燃料组件参数计算利用燃耗计算程序TPFAP和FITLINK得到拟合计算公式，其中考虑慢化剂密度，燃耗、硼浓度、功率水平和控制棒的影响。堆芯物理仿真计算采用三维两群带六组缓发中子的中子动力学模型。模型的求解在空间上采用节块法，径向一个燃料组件作为一个节块，轴向平均划分为16个节块。时间上采用变量分离的改进的准稳态方法。将要求解的中子通量密度分解为随时间变化较快的振幅函数和随时间变化较慢的形状函数。 从现场采集的数据有：反应堆功率、冷却剂流量、控制棒位置、硼浓度、反应堆进出口冷却剂温度，堆芯出口热电耦测得的冷却剂温度，堆芯核测量系统测得的堆芯功率分布。将这些测量数据引入在线仿真计算有两个目的，一是作为边界条件，确保仿真计算与实际机组同步，二是用来校

论文目录

• 第1章 绪论
• 1.1 课题的意义
• 1.2 国内外研究现状和发展动态
• 1.2.1 仿真技术在核电领域的应用
• 1.2.2 反应堆堆芯监测
• 1.2.3 反应堆物理计算
• 1.2.4 堆芯物理实时仿真模型
• 1.3 本论文的工作
• 第2章 在线仿真总体方案
• 2.1 在线仿真研究对象
• 2.1.1 反应堆堆芯描述
• 2.1.2 相关测量系统描述
• 2.2 在线仿真方案
• 2.2.1 在线仿真系统的功能
• 2.2.2 在线仿真系统的硬件设计方案
• 2.2.3 在线仿真系统的软件设计方案
• 2.3 本章小结
• 第3章 在线仿真计算模型
• 3.1 引言
• 3.2 组件参数计算
• 3.3 堆芯物理计算
• 3.3.1 堆芯节块划分
• 3.3.2 快群中子扩散方程的数值解法
• 3.3.3 热群方程的解法
• 3.3.4 功率的计算
• 3.4 影响反应性的参数计算
• 3.4.1 温度效应的计算
• 3.4.2 硼浓度的计算
• 3.4.3 燃耗的计算
• 3.4.4 控制棒位置
• 3.4.5 可燃毒物
• 3.4.6 中毒效应
• 3.4 堆外核测量系统仿真计算
• 3.5 仿真结果的在线校正
• 3.6 本章小结
• 第4章 反应堆热工参数计算
• 4.1 反应堆热工计算方法
• 4.1.1 单通道模型
• 4.1.2 子通道模型
• 4.1.3 多孔体方法
• 4.1.4 “标准棒束水力分析”方法
• 4.2 冷却剂热力学参数计算
• 4.3 堆芯冷却剂温度、密度三维分布计算
• 4.3.1 通道划分
• 4.3.2 通道流量分配
• 4.3.3 堆芯活性区入口冷却剂焓值
• 4.3.4 各节块冷却剂的密度
• 4.3.5 计算结果修正
• 4.4 本章小结
• 第5章 在线仿真系统的实现
• 5.1 在线仿真计算程序的编制
• 5.2 现场数据采集与处理程序
• 5.3 在线仿真系统的数据通讯程序
• 5.3.1 仿真主计算机通讯程序
• 5.3.2 仿真控制站通讯程序
• 5.4 在线仿真系统人机界面设计
• 5.4.1 在线仿真界面的功能
• 5.4.2 在线仿真界面的实现方法
• 5.5 本章小结
• 第6章 仿真计算结果分析
• 6.1 在线仿真计算工况
• 6.2 稳态工况仿真计算结果分析
• 6.2.1 功率分布
• 6.2.2 堆芯冷却剂出口温度
• 6.3 燃耗仿真计算结果分析
• 6.3.1 计算工况条件
• 6.3.2 仿真计算结果
• 6.3.3 在线仿真与离线仿真计算结果比较
• 6.4 事故工况仿真计算结果分析
• 6.4.1 事故工况条件
• 6.4.2 仿真计算结果
• 6.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢
• 个人简历