一種核反應(yīng)堆的半實(shí)物仿真平臺(tái)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及核反應(yīng)堆仿真技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種核反應(yīng)堆的半實(shí)物仿真平臺(tái)。
【背景技術(shù)】
[0002] 核能具有能量密度高、清潔、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)，核電對(duì)于滿(mǎn)足我國(guó)的電力需求、優(yōu)化能 源結(jié)構(gòu)、減少環(huán)境污染、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)能源可持續(xù)發(fā)展具有重要的戰(zhàn)略意義，我國(guó)當(dāng)前也在大力 發(fā)展核電事業(yè)，很多核電站都在規(guī)劃、建設(shè)中。
[0003] 隨著核電的逐漸發(fā)展，多國(guó)的第四代核電站已經(jīng)開(kāi)始建設(shè)。核電站的基本工作原 理為:燃料在核反應(yīng)堆堆芯裂變產(chǎn)生大量的熱量，在一回路中由冷卻劑將熱量帶走并將其 傳遞給蒸汽發(fā)生器，蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生的蒸汽通過(guò)干燥器后帶動(dòng)汽輪機(jī)進(jìn)行發(fā)電。
[0004] 由于核電站的特殊性，建立一個(gè)半實(shí)物仿真平臺(tái)是至關(guān)重要的，這對(duì)核反應(yīng)堆進(jìn) 行一些簡(jiǎn)單的研究是極其方便的，而且對(duì)教學(xué)也有較大幫助。目前，已有的關(guān)于核反應(yīng)堆的 半實(shí)物模擬裝置采用的是加熱器，仍存在較多的不足，具體如下：
[0005] (1)使用單個(gè)加熱管模擬核反應(yīng)堆，其內(nèi)部的溫度場(chǎng)單一，并不能反映出真正核反 應(yīng)堆的內(nèi)部溫度場(chǎng)的情況；
[0006] (2)只有單個(gè)循環(huán)水管道通過(guò)加熱器后與單個(gè)蒸汽發(fā)生器相連形成一回路;且加 熱器只有一個(gè)入水口，一個(gè)出水口，而實(shí)際核反應(yīng)堆有多個(gè)入水口和出水口，多條循環(huán)水管 道通過(guò)反應(yīng)堆后與多個(gè)蒸汽發(fā)生器相連。這與實(shí)際反應(yīng)堆也是不相符的，也就未能考慮到 由于反應(yīng)堆內(nèi)部溫度分布不均導(dǎo)致各回路水溫不一致，從而導(dǎo)致各蒸汽發(fā)生器的產(chǎn)生蒸汽 量不一致，這就影響了后續(xù)其他器件工作，如汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)的工作，以及負(fù)荷跟蹤的需要 等。
[0007] 如果能更好地模擬出核反應(yīng)堆堆芯中的溫度分布不均勻，以及多個(gè)入水口和出水 口的特點(diǎn)，勢(shì)必對(duì)核電站儀表與控制系統(tǒng)的研究與實(shí)驗(yàn)提供極大的便利和推動(dòng)作用。本發(fā) 明考慮到在核反應(yīng)堆內(nèi)燃料裂變、冷卻管道的分布情況等因素導(dǎo)致的堆內(nèi)溫度分布不均的 狀況，可以模擬出堆內(nèi)各種溫度分布情況，而且做出直觀顯示。例如徑向溫度分布、軸向溫 度分布、隨機(jī)分布等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，提供了一種核反應(yīng) 堆的半實(shí)物仿真平臺(tái)，能夠?qū)崿F(xiàn)模擬反應(yīng)堆內(nèi)溫度不均勻分布和溫度顯示，與實(shí)際反應(yīng)堆 更相符，能夠更好的模擬反應(yīng)堆，更加便于理論研究和學(xué)習(xí)。
[0009] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：
[0010] -種核反應(yīng)堆的半實(shí)物仿真平臺(tái)，包括模擬反應(yīng)堆殼體、多個(gè)電熱管、控制系統(tǒng)、 輸入裝置和顯示裝置，多個(gè)電熱管設(shè)置于模擬反應(yīng)堆殼體內(nèi)，模擬核反應(yīng)堆的燃料棒，控制 系統(tǒng)通過(guò)調(diào)節(jié)電熱管的工作狀態(tài)來(lái)調(diào)節(jié)模擬反應(yīng)堆殼體內(nèi)的溫度分布，輸入裝置和顯示裝 置設(shè)置于模擬反應(yīng)堆殼體外，控制系統(tǒng)通過(guò)顯示輸出裝置反映電熱管的工作狀態(tài)，通過(guò)輸 入裝置設(shè)定電熱管的參數(shù)進(jìn)而調(diào)節(jié)電熱管的工作狀態(tài)。
[0011] 接上述技術(shù)方案，所述模擬反應(yīng)堆殼體上設(shè)有的入水口和出水口組數(shù)為M，M2 2， 每組出入水口可以分別與外部多個(gè)蒸汽發(fā)生器通過(guò)管道單獨(dú)連接形成獨(dú)立循環(huán)水回路。
[0012] 接上述技術(shù)方案，模擬反應(yīng)堆殼體上設(shè)有2~5組入水口和出水口。
[0013] 接上述技術(shù)方案，控制系統(tǒng)包括微控制器、FPGA和驅(qū)動(dòng)電路，微控制器和FPGA之間 通過(guò)總線(xiàn)連接，F(xiàn)PGA通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路與電熱管連接，產(chǎn)生PWM信號(hào)，根據(jù)相應(yīng)通道設(shè)定電流值 的大小控制輸出的占空比，實(shí)現(xiàn)各電熱管工作狀態(tài)的并行控制。
[0014] 接上述技術(shù)方案，所述微控制器采用單片機(jī)或DSP。
[0015] 接上述技術(shù)方案，所述FPGA和驅(qū)動(dòng)電路之間設(shè)有隔離電路;能夠避免FPGA和驅(qū)動(dòng) 電路之間產(chǎn)生干擾，能有效的抑制系統(tǒng)干擾，提高系統(tǒng)可靠性。
[0016] 接上述技術(shù)方案，所述隔離電路可以采用光電耦合隔離。
[0017] 接上述技術(shù)方案，所述驅(qū)動(dòng)電路包括驅(qū)動(dòng)模塊和功率開(kāi)關(guān)管，驅(qū)動(dòng)模塊對(duì)功率開(kāi) 關(guān)管進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。
[0018] 接上述技術(shù)方案，功率開(kāi)關(guān)管為M0SFET。
[0019]接上述技術(shù)方案，所述電熱管個(gè)數(shù)為N，N2 3,分多層分布于模擬反應(yīng)堆殼體內(nèi)，均 勻布置。
[0020] 接上述技術(shù)方案，25 35。
[0021] 接上述技術(shù)方案，所述輸入裝置和顯示裝置為L(zhǎng)CD觸摸屏，IXD觸摸屏上可以顯示 電熱管的工作狀態(tài)，通過(guò)LCD觸摸屏設(shè)定電熱管的工作參數(shù)。
[0022]本發(fā)明具有以下有益效果：
[0023] 1、多個(gè)電熱管設(shè)置于模擬反應(yīng)堆殼體內(nèi)，模擬核反應(yīng)堆內(nèi)的燃料棒，控制系統(tǒng)通 過(guò)設(shè)置和調(diào)節(jié)不同電熱管的工作狀態(tài)來(lái)實(shí)現(xiàn)模擬反應(yīng)堆內(nèi)各種溫度的分布，控制系統(tǒng)通過(guò) 顯示裝置反映電熱管的工作狀態(tài);通過(guò)多個(gè)電熱管的溫度設(shè)定和調(diào)節(jié)，能夠?qū)崿F(xiàn)模擬反應(yīng) 堆內(nèi)溫度不均勻分布和溫度顯示，與實(shí)際反應(yīng)堆更相符，能夠更好的模擬反應(yīng)堆，更加便于 理論研究和學(xué)習(xí)。
[0024] 2、多組入水口和出水口與外部的管道連接可以形成多個(gè)獨(dú)立的循環(huán)水回路，每個(gè) 水循環(huán)回路包括一個(gè)入水口、一個(gè)出水口和一個(gè)獨(dú)立的蒸汽發(fā)生器，與實(shí)際情況更相符，不 僅能夠?qū)崿F(xiàn)用戶(hù)對(duì)于核反應(yīng)本身建模等理論研究，也可以方便用戶(hù)在此平臺(tái)上對(duì)過(guò)程控制 中水管壓力、蒸汽發(fā)生器壓力和液位、發(fā)電站中負(fù)荷跟蹤以及多回路協(xié)調(diào)控制等問(wèn)題上的 深入研究。
【附圖說(shuō)明】
[0025]圖1是本發(fā)明實(shí)施例中核反應(yīng)堆的半實(shí)物仿真平臺(tái)的外部結(jié)構(gòu)圖；
[0026] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例中核反應(yīng)堆的半實(shí)物仿真平臺(tái)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖；
[0027] 圖3是本發(fā)明實(shí)施例中控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理圖；
[0028] 圖4是本發(fā)明實(shí)施例中單個(gè)電熱管的工作電路；
[0029] 圖5是本發(fā)明實(shí)施例中PWM信號(hào)的電壓值；
[0030] 圖6是本發(fā)明實(shí)施例中Μ⑶整體工作流程；
[0031 ]圖7是本發(fā)明實(shí)施例中FPGA整體工作流程；
[0032]圖8是本發(fā)明實(shí)施例中IXD顯示的工作流程；
[0033]圖9是本發(fā)明實(shí)施例中RGB取值運(yùn)算表；
[0034] 圖中，1-MCU，2-FPGA，3-LCD觸摸屏，4-驅(qū)動(dòng)電路，5-整流電路，6-電熱管，7-入水 口，8-出水口，9-模擬反應(yīng)堆殼體，10-隔離電路，11-M0SFET。
【具體實(shí)施方式】
[0035]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0036]參照?qǐng)D1~圖2所示，本發(fā)明提供的一個(gè)實(shí)施例中的核反應(yīng)堆的半實(shí)物仿真平臺(tái)， 包括模擬反應(yīng)堆殼體9、多個(gè)電熱管6、控制系統(tǒng)、輸入裝置和顯示裝置，多個(gè)電熱管6設(shè)置于 模擬反應(yīng)堆殼體9內(nèi)，模擬核反應(yīng)堆內(nèi)的燃料棒，控制系統(tǒng)通過(guò)設(shè)置和調(diào)節(jié)不同電熱管6的 工作狀態(tài)來(lái)實(shí)現(xiàn)模擬反應(yīng)堆內(nèi)各種溫度的分布(例如設(shè)置為徑向溫度分布、軸向溫度分布 和隨機(jī)分布，并在顯示裝置直觀的顯示），輸入裝置和顯示裝置設(shè)置于模擬反應(yīng)堆殼體9外， 通過(guò)輸入裝置設(shè)定電熱管參數(shù)進(jìn)而調(diào)節(jié)電熱管的工作狀態(tài)，控制系統(tǒng)通過(guò)顯示裝置反映電 熱管6的工作狀態(tài);通過(guò)多個(gè)電熱管的溫度設(shè)定和調(diào)節(jié)，能夠?qū)崿F(xiàn)模擬反應(yīng)堆內(nèi)溫度不均勻 分布和溫度顯示，與實(shí)際反應(yīng)堆更相符，能夠更好的模擬反應(yīng)堆，更加便于理論研究和學(xué) 習(xí)。
[0037] 進(jìn)一步地，所述模擬反應(yīng)堆殼體上設(shè)有的入水口和出水口組數(shù)為M，M2 2。
[0038] 進(jìn)一步地，所述模擬反應(yīng)堆殼體9上設(shè)有多組入水口 7和出水口 8，每組入水口 7和 出水口8對(duì)應(yīng)可以和一個(gè)外部獨(dú)立的蒸汽發(fā)生器，形成一個(gè)獨(dú)立的水循環(huán)回路;多組入水口 7和出水口 8可以形成了多個(gè)獨(dú)立的水循環(huán)回路，每個(gè)水循環(huán)回路包括一個(gè)入水口 7、一個(gè)出 水口 8和一個(gè)獨(dú)立的蒸汽發(fā)生器(蒸汽發(fā)生器是設(shè)置于模擬反應(yīng)堆殼體9外單獨(dú)的設(shè)備）；與 實(shí)際反應(yīng)堆更相符，鑒于實(shí)際反應(yīng)堆內(nèi)溫度場(chǎng)分布不均勻，導(dǎo)致各處溫度不一致，每個(gè)水循 環(huán)回路通過(guò)反應(yīng)堆之后帶走的熱量也不盡相同，本裝置更接近實(shí)際的設(shè)計(jì)，不僅能夠?qū)崿F(xiàn) 用戶(hù)對(duì)于核反應(yīng)本身建模等理論研究，也可以方便用戶(hù)在此平臺(tái)上對(duì)過(guò)程控制中水管壓 力、蒸汽發(fā)生器壓力和液位、發(fā)電站中負(fù)荷跟蹤以及多回路協(xié)調(diào)控制等問(wèn)題上的深入研究。 [0039]進(jìn)一步地，所述多組入水口 7和出水口 8沿模擬反應(yīng)堆殼體9中心軸為軸線(xiàn)均勻分 布。
[0040] 進(jìn)一步地，所述模擬反應(yīng)堆殼體9上設(shè)有三組入水口 7和出水口 8，三組入水口 7和 出水口 8沿反應(yīng)堆殼體9中心軸為軸線(xiàn)120度分布。
[00411 進(jìn)一步地，控制系統(tǒng)包括微控制器、FPGA2和驅(qū)動(dòng)電路4,微控制器和FPGA2之間通 過(guò)總線(xiàn)連接，產(chǎn)生PWM信號(hào)，根據(jù)相應(yīng)通道設(shè)定電流值的大小控制輸出PWM信號(hào)的占空比，實(shí) 現(xiàn)各電熱管6工作狀態(tài)的并行控制。
[0042] 進(jìn)一步地，所述微控制器采用單片機(jī)或DSP，具體可選用MSP430、STM32,微控制器 記為MCU1。
[0043] 進(jìn)一步地，所述FPGA2和驅(qū)動(dòng)電路4之間設(shè)有隔離電路10;能夠避免FPGA2和驅(qū)動(dòng)電 路4之間產(chǎn)生干擾，能有效的抑制系統(tǒng)干擾，提高系統(tǒng)可靠性。
[0044] 進(jìn)一步地，所述隔離電路10采用光電耦合隔離。
[0045] 進(jìn)一步地，所述驅(qū)動(dòng)電路4包括驅(qū)動(dòng)模塊和功率開(kāi)關(guān)管，驅(qū)動(dòng)模塊對(duì)功率開(kāi)關(guān)管進(jìn) 行驅(qū)動(dòng)（功率開(kāi)關(guān)管可以采用M0SFET11，F(xiàn)PGA2通過(guò)輸出的P麗信號(hào)控制M0SF