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核电站高精度仿真模型研究 田兆斐，张志俭，彭敏俊，赵强 （哈尔滨工程大学核科学与技术学院，哈尔滨，150001） 摘要：简要综述了核电站仿真技术的发展现状，基于在研的科研课题“核动力装置高精度仿真模型 及相关仿真技术研发”介绍了开发的高精度仿真模型——反应堆物理、热工模型方案、汽轮机模型 方案，给出了仿真计算结果，并展望了本方向的未来研究工作。该项研究工作成果将能够用于核电 站运行特性的分析与验证，控制系统的试验与验证，事故研究，运行规程的研究等，也可以为全范 围人员培训仿真机提供更为优越的模型。 关键词：核电站；高精度；仿真；模型； 0 引 言 0 引 言 00 引引 言言 核电站仿真技术主要是通过建立描述反应堆、核电站设备与系统的数学物理模型，应用数值计 算技术，利用计算机进行的数字化的试验与预测技术。核电站仿真技术已经是核电站设计、安全分 析、运行研究与人员培训不可缺失的技术手段，也极大的推进了核电站的技术发展，可以说现代核 电站技术的研究与发展离不开核电站仿真技术的发展。 核电站仿真技术目前根据用途有设计仿真（设计软件），安全分析仿真（安全分析软件），工程 仿真技术（工程分析机），运行仿真技术（如全范围仿真机）等。有的用于研究特定的技术设计与分 析，如反应堆物理与热工的设计程序，有的强调系统的响应与实时性，如工程仿真机、全范围人员 培训仿真机等，还有的偏于保守与精细的计算，如安全分析程序等。所以，不同的目的与用途，其 开发的模型与计算的要求是不一样的，但随着计算机能力的发展，以及核电站设计更强调系统特性、 系统相互影响、人机界面的交互分析和全寿命周期设计，核电站仿真技术越来越趋向综合性仿真与 特定计算设计程序的结合，进行多物理场的耦合计算，设计分析程序追求实时性，系统分析与仿真 程序追求基于物理与提高仿真的精度。近期，美国为了保持其核技术的领先与领导地位，能源部正 在以创新联合体（InnovationHub）推进虚拟反应堆工程，经过三个五年计划逐渐建立一个包括多物 理场耦合计算、三维、甚至可实时计算的预测仿真系统，用于核电站的设计、安全分析、运行研究， 未来实现全虚拟设计与运行。 本文提出的核电站高精度仿真模型研究是我们正在实施的一项研究工作。主要意图是研究新一 代用于全范围培训模拟机的主要模型软件，如物理与热工、主汽轮机等设备的模型，采用基于物理 过程的模型，同时实现高精度与实时性，将能够用于核电站运行特性的分析与验证，控制系统的试 验与验证，事故研究，运行规程的研究等，也可以为全范围人员培训仿真机提供更为优越的模型。 1 基本设想与方案 1 基本设想与方案 11 基基本本设设想想与与方方案案 本研究工作总体可分为软件与硬件两部分，分别如图 1和图 2所示。 软件部分的主要研究内容是，在先进的实时仿真平台上，自主开发各类描述核动力装置主要系 统、主要设备及通用设备物理变化过程的高精度仿真模型，分别以船用及电站核动力装置为对象进 行模型验证与测试；研制严重事故仿真软件，实现由设计基准事故向超设计基准事故的过渡。 硬件部分将完成仿真运算的主计算机、通讯计算机、仿真控制台屏以及将计算机与仿真台屏相 连接的通讯与接口系统。实时仿真支撑软件、核动力装置仿真模型软件存放于仿真主计算机中，网 络通讯管理系统由通讯计算机、网络交换机等组成，通过光缆或网线与数据采集系统、I/O接口系统、 综合分析系统、教学演示系统等相连接。 2 主要模型方案 2 主要模型方案 22 主主要要模模型型方方案案 根据目前已完成的研究工作，本文给出以下主要模型方案及仿真计算结果。 1 图 1 软件结构图 图 2 硬件布置图 2.1 2.1 22..11 反应堆物理、热工模型方案 本研究建立了反应堆堆芯物理仿真模型，以及与三维堆芯物理模型相匹配的基于并联通道的反 应堆热工水力仿真模型；实现了仿真计算和仿真对象的数据共享，提高了仿真精度。 2.1.1 三维堆芯物理仿真模型构建 2.1.1 三维堆芯物理仿真模型构建 22..11..11 三三维维堆堆芯芯物物理理仿仿真真模模型型构构建建 反应堆堆芯物理仿真模型包括燃料组件参数计算模