核电厂反应堆堆芯物理在线仿真系统研究
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，二是用来校正仿真计算结果。为了保证计算的实时性，堆芯热工计算采用较为简单的单通道模型，同时为了保证计算的精度，利用现场测量数据对计算结果进行修正。
在线仿真计算程序在仿真支撑平台ASCA下开发运行，仿真控制站通过系统通讯程序对在线仿真系统进行控制，并将仿真计算结果显示在显示界面上。由于系统尚处在原理开发阶段，不可能也不允许与实际机组连接，所以本论文采用历史运行数据模拟现场测量数据。根据不同燃耗工况的仿真计算结果与实际测量值的比较，符合良好。
目前，我国正在积极发展核电，经过进一步的工作，反应堆堆芯物理在线仿真系统必将为核电厂的安全经济运行提供重要的技术支持。
核电厂;反应堆堆芯;在线仿真;堆芯测量;功率分布
哈尔滨工程大学
博士
核能科学与工程
张志俭
2006
中文
TM623
122
2007-05-23（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）