压水堆动态实时仿真系统(1)

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。

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.本系统各部分数学模型

A.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; n(t)为堆内平均中子密度, (m-3); ci(t)为第ⅰ组缓发中子先驱核平均浓度，(m-3); ρ=k-1/k为反应性; λi为第ⅰ组缓发中子先驱核的衰变常数，

(s-1); △为中子每代时间△=L0/k (秒);而L0为有限大反应堆的中子平均寿命，(秒)。

B.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， ρf为燃料平均密度，千克/米3; ρc为冷却剂平均密度，千克/米3; Vf为燃料体积，米3; Vc为冷却剂体积，米3; Cf为燃料平均比热，焦/(千克∙开); Cc为冷却剂平均比热，焦/(千克∙开);A为总换热面积,米2; he为平均等效传热系数，瓦/(米2∙开); W为总质量流量; Tin为堆芯冷却剂进口温度。

C.反应堆水力模型