[发明专利]一种核反应堆的半实物仿真平台

说明书

技术领域

本发明涉及核反应堆仿真技术领域，具体涉及一种核反应堆的半实物仿真平台。

背景技术

核能具有能量密度高、清洁、经济等优点，核电对于满足我国的电力需求、优化能源结 构、减少环境污染、促进经济能源可持续发展具有重要的战略意义，我国当前也在大力发展 核电事业，很多核电站都在规划、建设中。

随着核电的逐渐发展，多国的第四代核电站已经开始建设。核电站的基本工作原理为： 燃料在核反应堆堆芯裂变产生大量的热量，在一回路中由冷却剂将热量带走并将其传递给蒸 汽发生器，蒸汽发生器产生的蒸汽通过干燥器后带动汽轮机进行发电。

由于核电站的特殊性，建立一个半实物仿真平台是至关重要的，这对核反应堆进行一些 简单的研究是极其方便的，而且对教学也有较大帮助。目前，已有的关于核反应堆的半实物 模拟装置采用的是加热器，仍存在较多的不足，具体如下：

(1)使用单个加热管模拟核反应堆，其内部的温度场单一，并不能反映出真正核反应堆 的内部温度场的情况；

(2)只有单个循环水管道通过加热器后与单个蒸汽发生器相连形成一回路；且加热器只 有一个入水口，一个出水口，而实际核反应堆有多个入水口和出水口，多条循环水管道通过 反应堆后与多个蒸汽发生器相连。这与实际反应堆也是不相符的，也就未能考虑到由于反应 堆内部温度分布不均导致各回路水温不一致，从而导致各蒸汽发生器的产生蒸汽量不一致， 这就影响了后续其他器件工作，如汽轮机、发电机的工作，以及负荷跟踪的需要等。

如果能更好地模拟出核反应堆堆芯中的温度分布不均匀，以及多个入水口和出水口的特 点，势必对核电站仪表与控制系统的研究与实验提供极大的便利和推动作用。本发明考虑到 在核反应堆内燃料裂变、冷却管道的分布情况等因素导致的堆内温度分布不均的状况，可以 模拟出堆内各种温度分布情况，而且做出直观显示。例如径向温度分布、轴向温度分布、随 机分布等。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有技术存在的上述缺陷，提供了一种核反应堆的半 实物仿真平台，能够实现模拟反应堆内温度不均匀分布和温度显示，与实际反应堆更相符， 能够更好的模拟反应堆，更加便于理论研究和学习。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种核反应堆的半实物仿真平台，包括模拟反应堆壳体、多个电热管、控制系统、输入 装置和显示装置，多个电热管设置于模拟反应堆壳体内，模拟核反应堆的燃料棒，控制系统 通过调节电热管的工作状态来调节模拟反应堆壳体内的温度分布，输入装置和显示装置设置 于模拟反应堆壳体外，控制系统通过显示输出装置反映电热管的工作状态，通过输入装置设 定电热管的参数进而调节电热管的工作状态。

接上述技术方案，所述模拟反应堆壳体上设有的入水口和出水口组数为M，M≥2，每组 出入水口可以分别与外部多个蒸汽发生器通过管道单独连接形成独立循环水回路。

接上述技术方案，模拟反应堆壳体上设有2～5组入水口和出水口。

接上述技术方案，控制系统包括微控制器、FPGA和驱动电路，微控制器和FPGA之间 通过总线连接，FPGA通过驱动电路与电热管连接，产生PWM信号，根据相应通道设定电 流值的大小控制输出的占空比，实现各电热管工作状态的并行控制。

接上述技术方案，所述微控制器采用单片机或DSP。

接上述技术方案，所述FPGA和驱动电路之间设有隔离电路；能够避免FPGA和驱动电 路之间产生干扰，能有效的抑制系统干扰，提高系统可靠性。

接上述技术方案，所述隔离电路可以采用光电耦合隔离。

接上述技术方案，所述驱动电路包括驱动模块和功率开关管，驱动模块对功率开关管进 行驱动。

接上述技术方案，功率开关管为MOSFET。

接上述技术方案，所述电热管个数为N，N≥3，分多层分布于模拟反应堆壳体内，均匀 布置。

接上述技术方案，25≤N≤35。

接上述技术方案，所述输入装置和显示装置为LCD触摸屏，LCD触摸屏上可以显示电 热管的工作状态，通过LCD触摸屏设定电热管的工作参数。

本发明具有以下有益效果：