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《核電站仿真系統(tǒng)的實(shí)時(shí)處理》由會(huì)員上傳分享,免費(fèi)在線閱讀,更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫(kù)。
1、核電站仿真系統(tǒng)的實(shí)時(shí)處理林萌,鑫劍峰z楊燕華3上海交通大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力學(xué)院核科學(xué)與系統(tǒng)工程系270教研室,上海200030〔摘要I本文介紹了構(gòu)架于美國(guó)Idaho國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室(INEL)開發(fā)的輕水反應(yīng)堆(LWR)瞬態(tài)分析程序RELAP5之上的核電站仿真系統(tǒng)的實(shí)時(shí)處理。早期版本的RELAP5程序是不具備實(shí)時(shí)處理功能的,即計(jì)算機(jī)處理時(shí)間與計(jì)算的物理時(shí)間是作同步的。本文詳細(xì)闡述了如何調(diào)用并處理RELAP5的時(shí)間變量以達(dá)到實(shí)時(shí)仿真。實(shí)時(shí)功能的開發(fā)為核電站仿真技術(shù)開辟了更加廣闊的應(yīng)用空間。[關(guān)鍵詞〕RELAP5核電站仿真數(shù)值模擬實(shí)時(shí)處理引言隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和計(jì)算機(jī)硬
2、件水平的快速提高,數(shù)值模擬及仿真技術(shù)在科學(xué)研究、工程設(shè)計(jì)等各個(gè)領(lǐng)域中己經(jīng)取得了豐碩的成果。核工業(yè)界為了滿足核安全審批的嚴(yán)格要求,而開發(fā)了安全分析程序,部分程序已經(jīng)通過國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)(IAEA)的認(rèn)可,成為了核電站安全分析的主要L具,例如RELAP,RETRAN,TRAC等程序。同時(shí)為了探索新型核電站先進(jìn)主控室的模式以及數(shù)字化儀控系統(tǒng)的設(shè)計(jì),國(guó)內(nèi)己經(jīng)有科研單位進(jìn)行了核電站仿真方面的研究。由于早期計(jì)算機(jī)技術(shù)以及編程語(yǔ)言的限制,導(dǎo)致早期版本的安全分析程序在如今應(yīng)用中的局限性,最主要的體現(xiàn)在:非實(shí)時(shí)計(jì)算,即計(jì)算機(jī)的處理時(shí)間與所計(jì)算的物理時(shí)間不一致;不能在計(jì)算過
3、程中有效監(jiān)視運(yùn)行過程;無法在計(jì)算過程中方便快捷的加入事故或故障。本教研室利用在數(shù)值計(jì)算與模擬方面的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù),一與上海核工程研究設(shè)計(jì)院共同開發(fā)了構(gòu)架于美國(guó)Idaho國(guó)家L程實(shí)驗(yàn)室(INEL)開發(fā)的輕水反應(yīng)堆(LWR)瞬態(tài)分析程序RELAP5之上的核電站實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)。其軟件以及硬件組成結(jié)構(gòu)見圖I.圖1實(shí)時(shí)仿真器軟硬件結(jié)構(gòu)圖,林萌號(hào))Jit1}97,8靛t#}}3A}t.ef,fl_i矗}}Wiff'ntk0,a學(xué)機(jī)械動(dòng)力學(xué)院核科學(xué)“系統(tǒng)is程系在讀博士生,現(xiàn)從事反應(yīng)堆熱工水男,上海交通大學(xué)機(jī)械動(dòng)力學(xué)院核科學(xué)與系統(tǒng)工程系在讀碩士生,現(xiàn)從事核電站仿真研究。女
4、,[海交通大學(xué)核科學(xué)與系統(tǒng)工程系系主任,教授,博士生導(dǎo)師。144其中底層分析程序RELAP5以及控制系統(tǒng)程序PROSYS為軟件模擬系統(tǒng),仿真控制平臺(tái)為硬件模擬系統(tǒng)。軟件模擬系統(tǒng)與硬件模擬系統(tǒng)間使用傳輸控制協(xié)議與網(wǎng)絡(luò)協(xié)議〔TCP/IP)進(jìn)行數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)傳輸交互。該系統(tǒng)大大拓寬了安全分析程序在核電廠仿真方面的應(yīng)用,例如:①實(shí)現(xiàn)了核電站的實(shí)時(shí)計(jì)算,使得仿真更加形象逼真,同時(shí)更加符合安全分析的要求;②通過圖形化界面的大屏幕顯示以及各監(jiān)視器,可以清楚有效的監(jiān)視整個(gè)運(yùn)行過程;③方便快捷的引入事故或故障,可應(yīng)用于安全分析、工程實(shí)驗(yàn)預(yù)分析、事故處理及后處理培訓(xùn)等多方面;
5、下面將僅對(duì)如何調(diào)用并處理RELAP5的時(shí)間變量以達(dá)到實(shí)時(shí)計(jì)算目的這一方面做出詳細(xì)介紹。2.實(shí)時(shí)技術(shù)方案與實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的總體思想是計(jì)算機(jī)實(shí)際處理時(shí)間應(yīng)等于所計(jì)算的物理時(shí)間。只有在計(jì)算機(jī)的速度足夠迅速,使得計(jì)算機(jī)實(shí)際處理時(shí)間小于所計(jì)算的物理時(shí)間的條件下才有可能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)計(jì)算。2.1時(shí)間定義.物理監(jiān)測(cè)時(shí)間間隔Ato:控制室要求監(jiān)測(cè)的實(shí)際時(shí)間步長(zhǎng);.計(jì)算機(jī)處理時(shí)間步長(zhǎng)△ti:計(jì)算機(jī)處理相等于一個(gè)物理監(jiān)測(cè)時(shí)間間隔的過程所需實(shí)際時(shí)間;.計(jì)算時(shí)間步長(zhǎng)At:RELAP5求解方程的離散時(shí)間步長(zhǎng)。各時(shí)間的具體含義見圖202.2實(shí)時(shí)方案為了保證實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)仿真,要求計(jì)算機(jī)處理的時(shí)間與
6、物理過程同步。RELAP5程序在進(jìn)行離散方程求解的時(shí),根據(jù)方程是否收斂而按一定方案變化時(shí)間步長(zhǎng)△t,即采用自適應(yīng)變步長(zhǎng)算法。程序計(jì)算的最小時(shí)間步長(zhǎng)由RELAP5用戶自定義,可以達(dá)到lo-'s。因此在每個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)都實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)計(jì)算是不大現(xiàn)實(shí)的。因此目前我們制定的實(shí)時(shí)方案如下:·不要求處理每個(gè)計(jì)算時(shí)間步長(zhǎng)所花的實(shí)際計(jì)算時(shí)間等于相應(yīng)的物理時(shí)間;·保證在一個(gè)物理監(jiān)測(cè)時(shí)間間隔內(nèi)所計(jì)算的物理過程等于該物理監(jiān)測(cè)時(shí)間間隔的長(zhǎng)度。梅個(gè)計(jì)算時(shí)間步長(zhǎng)對(duì)所!/J海氣圖2時(shí)間含義示意圖每個(gè)計(jì)算機(jī)處理時(shí)間步長(zhǎng)△1j的時(shí)間包括:n,次方程求解時(shí)間:n,At,At,為每求解一個(gè)計(jì)算時(shí)間步
7、長(zhǎng)(At)的方程所需實(shí)際時(shí)間;n2次通訊交互時(shí)間:n,At2,八t=為每進(jìn)行一飲通訊交互所需實(shí)際時(shí)間;n,中間變量輸出時(shí)間:n,At,.At,為每進(jìn)行一次中間變量輸出所需實(shí)際時(shí)間;等待時(shí)間:At,,為滿足計(jì)算機(jī)處理時(shí)間步長(zhǎng)與物理時(shí)間步長(zhǎng)相等的條件,計(jì)算機(jī)處理時(shí)補(bǔ)償?shù)氖S鄷r(shí)間。2.3各時(shí)間步長(zhǎng)的關(guān)系及時(shí)間值的確定方法物理監(jiān)測(cè)時(shí)間間隔△枯,為用戶要求參數(shù),目前設(shè)計(jì)值大于或等于0.1s>計(jì)算機(jī)處理時(shí)間步長(zhǎng)Atj如下Atj=n,At,+n2At2十n,At;+Atae(2-1)其中方程求解時(shí)間△t,由RELAP5程序以及計(jì)算機(jī)計(jì)算速度確定,應(yīng)保證小于計(jì)算時(shí)間步
8、長(zhǎng)即At,<=Ato(2-2)計(jì)算時(shí)間步長(zhǎng)At由RELAP5程序確定,為保證有足夠的時(shí)間進(jìn)行通