核反应堆统一建模仿真平台

案例背景
在核能相关领域,物理实验依旧是系统设计和验证的主要方法,但物理实验在成本、周期、安全性上有其缺陷性。从上世纪中期开始,随着热流体领域理论研究的突破和数字化技术的发展,国外出现了大批的关于核反应堆热工水力相关的仿真分析工具,虚拟化仿真分析已逐渐成为了替代物理实验的有效研究手段。然而,由于国内在这一方面起步相对较晚,核心技术方面始终受到国外垄断,致使当前所具备的设计仿真工具很难有效的支撑更为先进、更为复杂核反应堆系统的虚拟实验需求。主要体现在以下几点:

(1). 现有基于输入卡片的分析模式,存在着专业壁垒高、信息展示不够全面、交互性较差的问题,大大增加了应用出错的几率和排错难度;

(2). 现有工具多为分散的单一领域仿真分析工具,较难实现多领域系统的综合仿真分析;

(3). 历史经验知识种类多样,规范性较差,很难实现不同系统之间的互用,且管理维护难度代价较高;

(4). 已有各类仿真工具功能较为单一,扩展性较差,很难有效满足不同研制阶段的各类应用需求。

因此,针对上述的痛点,迫切需要一个技术先进、易用性强、规范性好、扩展灵活的核反应堆系统仿真平台,来更好满足不同类型反应堆系统的不同应用需求。
案例描述

核反应堆统一建模仿真平台是一款针对核反应堆系统的多领域统一建模仿真平台。该平台采用了基于模型的系统工程核心标准Modelica,突破了复杂方程结构优化、异构方程系统混合求解等关键技术,开展了非能动余热排出系统、蒸汽发生器系统、自然循环实验系统等方面的应用,实现了国内乃至国际在该方向的技术首创。
该平台具备以下的主要特点:
1. 实现基于Modelica的可视化、多领域建模
平台采用了“三流合一”的模型表达机制,实现了复杂工程物理系统能量流、质量流、信息流的统一表述,全面支持了统一平台下核动力系统多专业的统一建模,可有效解决传统多专业联合仿真模式所面临的模型集成条件苛刻、调试困难、仿真精度损失、版本管控繁杂等问题。



2. 丰富的模型库
平台提供了丰富的模型资源,实现了知识的模型化,可适用于多种类型核动力系统的建模仿真,且模型库具有清晰的层次架构,可方便用户开展对模型的扩展和维护。



3. 支持多源异构模型快速集成仿真
平台提供了基于外部函数和基于FMI标准的异构模型集成功能,可将C/Fortran等格式的自研程序和外部商用软件导出的FMU模型封装成为Modelica模型,在该平台中实现异构模型的集成仿真,可有效实现已有历史成果的快速转化。



4. 提供丰富的软硬件数据通讯接口
平台遵循了TCP/IP 、OPC等多种类型的通讯协议,可与虚拟操控系统、可视化演示系统、DCS控制系统等进行关联和数据交互,满足数字实验、培训模拟等场景的应用需求。



应用价值

统一标准快速设计验证设计参数优化系统可重构

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