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1、X第15卷第4期南华大学学报(理工版)Vol.15No.42001年12月JournalofNanhuaNuiverisity(Science&EngineeringEdition)Dec.2001文章编号:1006-737X(2001)04-0015-03利用SIMULINK对反应堆堆芯控制系统动态仿真于 涛,邱小平,曹 雷(南华大学 核科学技术学院,湖南 衡阳421001)[1]摘 要:文中对已建立的物理数学模型进行参数计算,利用SIMULINK中提供的分析工具对建立的传递函数进行仿真和结果分析.关键词:反应堆;
2、SIMULINK;仿真中图分类号:TL365文献标识码:A 计算机仿真对于核反应堆的运行和核电人员出模块显示出清晰的图形以供分析.的培训具有十分重要的意义,但是整个反应堆的2 反应堆堆芯控制系统仿真模块结构非常复杂,用常规语言,如:FORTRAN、C等进[1]行仿真运算往往十分繁杂,而且耗费较大,故不理依据文献所建立的物理数学模型及传递函[2]想.本文运用MATLAB程序中的SIMULINK仿数进行参数计算(文中的原始参数来自秦山核电真软件进行反应堆堆芯控制系统动态仿真,得到站主要技术参数表),并且将它们封装链接起
3、来,较为理想的仿真结果.得到PWR系统仿真模块如图1所示.这是一个多输入多输出的控制系统.1利用SIMULINK进行反应堆堆芯其中:输入1:反应性引入;2:堆芯入口冷却运行物理过程仿真的准备剂温度变化;3:负荷变化;4:一回路冷却剂流量变 在SIMULINK中已有许多系统模型库,其中化;的各模块可以被调用来组成新的模型进行仿真,输出1:反应堆功率变化;2:反应性反馈;3:用户可以根据自己的需要对模块库进行扩充,形堆芯平均温度变化;4:燃料平均温度变化;5:堆芯成自己的模块库.出口温度变化;6:SG一次侧冷却剂入口温
4、度变模型建立好并且形成自己的模块库之后,就化;7:SG一次侧冷却剂出口温度变化.可以进行仿真运算了.在仿真运算中,确定一个合3 仿真结果与讨论适的解法是至关重要的,在仿真菜单parameter项目中有多种仿真算法提供选用.本论文中的计算对于反应堆来说,反应性扰动是比较常见的主要涉及刚性问题,对中子动力学常微分方程组,扰动输入.当引入阶跃反应性后,仿真结果如下列Jacobian矩阵的特征值相差十分悬殊,是一个典型图2所示(图2为引入正负反应性扰动Δρ后的仿的刚性方程组.为了保持解法的稳定,选择变步长真结果).解法ode
5、45.仿真结果可以随时由SIMULINK的输X收稿日期:2001-08-31作者简介:于涛(1972-),男,山东乳山市人,硕士,讲师.16南华大学学报(理工版)2001年12月图1PWR系统仿真模块图Fig.1PWRsystemsimulatemodelframe(a)正阶跃扰动(b)负阶跃扰动图2 阶跃扰动下相对中子通量密度水平随时间变化曲线Fig.2Relativelyneutronfluxdensitylevelvarietyatstepdisturbancebytime 从图2可以看出:(1)当反应性为正
6、时,由于组运行结果图,如图3所示.瞬发中子的作用,n(t)/n(0)突然上升然后按缓从图3可以得出以下结论:发中子参数所决定的稳定周期较缓慢的变化如图(1)由于没有负反应性反馈的引入,反应堆本2(a).当ρ<0时,基于同样的理论,情况刚好相身不是一个自稳的系统,因此加入一个较小的反反,如图2(b).(2)由图中的线性部分可以推导应性扰动,反应堆功率会无限升高;-3出,当引入2×10阶跃反应性后,周期为15.(2)当引入反应性负反馈后,经过短时间的运25s,与倒时方程所得结果15s是吻合的.行,系统达到稳定.可见由于燃
7、料及温度负反应性根据中子动力学和堆芯反应性反馈子模块仿反馈的引入,虽然反应堆本身不是自稳定的系统,[1]-3真子模块,当在临界状态输入一个2×10阶但是反应堆仍然是一个可控的系统.跃反应性,输出无反应性反馈和有反应性反馈两第15卷第4期 于 涛等:利用SIMULINK对反应堆堆芯控制系统动态仿真17图3 无反馈和有反馈时功率变化比较图图4 燃料温度变化 Fig.3PowervarietyframeathaveornofeedbackFig.4Fueltemperaturevariety图5 堆芯冷
8、却剂出口温度变化图6 堆芯冷却剂平均温度变化Fig.5CoolantoutputtemperaturevarietyFig.6Coolantaveragetemperaturevariety 图4、5、6分别是当引入ρ=2E-3阶跃反应度变化时间的规律(图4、5、6).性后,根据堆芯热力学子模块和蒸汽发生器子模4 结论块,得到燃料温度变化、堆
