基于平方根容积卡尔曼滤波的核反应堆功率H_(∞)控制

核反应堆的负荷跟踪控制是核电站灵活调峰、具有应用价值的基础之一.根据反应堆中子动力学、热工水力、反应性方程等数学模型构建了反应堆的平方根容积卡尔曼滤波器(Square-root Cubature Kalman Filter,SCKF),对反应堆状态反馈问题中部分状态量无法量测或估计精度不足的问题加以解决,结合离散H_(∞)性能指标设计了基于SCKF的反应堆功率H_(∞)控制器,并与基于经典卡尔曼滤波器(Kalman Filter,KF)的反应堆功率H_(∞)控制器进行了同工况数值仿真对比.仿真结果表明,基于SCKF的功率控制器具有较好的负荷跟踪性能,能够根据期望跟踪目标调节反应堆功率水平;由于SCKF对非线性系统模型相比于KF具有更高的状态估计精度,基于SCKF的功率控制器相比基于KF的功率控制器具有更优的控制效果.

基于两点模型的堆芯功率多目标保性能控制

现阶段能源产业需要核电站能够根据实际功率需求对输出功率进行调整,因此压水堆堆芯负荷跟踪运行是现阶段压水堆商业化运行的重要需求之一.为了避免运行过程中由于堆芯功率分布不均匀导致的氙震荡、热点等问题,对堆芯运行过程中产生的轴向功率偏差进行控制也是压水堆安全运行的关键.基于中子动力学方程、反应性反馈方程和热工水力学方程,结合堆芯功率空间耦合构建了压水堆堆芯功率两节点模型,并在这一模型的基础上增加负荷跟踪和轴向功率偏差跟踪量.根据这一模型设计了能够实现负荷跟踪控制和轴向功率分布控制并且具有抗时变性的LPV-LQR多目标控制器.在经典的多个瞬态工况下进行仿真的结果表明,LPV-LQR控制器具有良好的负荷跟踪控制和轴向功率分布控制能力,并且能够更好适应堆芯功率系统的时变性.

MRANS方案的反应堆压力容器CFD仿真

为提高反应堆压力容器(reactor pressure vessel, RPV)CFD(computational fluid dynamics)仿真的计算效率,将多湍流模型(multiple RANS model, MRANS)方案与RPV CFD仿真相结合,提出了一种新型的RPV CFD仿真方案,并通过优化传统棒束模拟MRANS方案的区域划分方法和数据传输方法使RPV MRANS CFD仿真方案的计算准确性得到保证。首先,对完整的压力容器模型进行CFD模拟,将整体计算结果与实验数据进行对比,验证所用CFD方法的有效性。其次,基于区域重叠的方案建立了下降段区域和下腔室区域的分段模型,并采用压力-流量双向数据传递方案,建立了多区CFD仿真计算方案。然后,分析不同的湍流模型在各区域的影响,选择合适的湍流模型。最后,以优化CFD仿真计算效率为目标,提出了两种MRANS方案。研究结果表明:基于区域重叠的双向数据传递方案相较于传统的单向数据传递方案,速度和压力计算结果与整体计算一致性更高;优化的MRANS方案相较于传统的单一湍流模型方案,计算效率提高了28.75%,从而验证了优化的MRANS具有高效率的特性。本研究成果为提高RPV CFD仿真效率提供了一种新思路和途径。

物联网的压水堆CRDM故障信息融合方法分析

针对核反应堆一回路堆芯控制棒驱动机构可能发生卡棒、漏棒和滑棒故障,提出了以物联网为决策诊断框架的粗糙集神经网络融合算法,应用MEMS传感器、Zig Bee模块和Multi-Agent模块构建了物联网CRDM故障识别系统的感知层、网络层和支撑层,选取6种输入特征代表棒位位移范围,连续属性约简后作为神经网络Agent模块前置输入,将粗糙集Agent模块简约规则作为隐藏层判断准则.实验结果表明,Multi-Agent诊断结果与实际故障相符,从CRDM故障识别角度验证了物联网应用于核动力装置故障诊断的可行性及粗糙集神经网络融合算法的准确性.

应用DSmT的堆芯吊篮故障信号小波包分析

为解决反应堆堆芯吊篮故障信息难以获取问题,提出一种采用DSm T&小波包能量分析的故障特征决策提取融合方法.研究分析了堆芯吊篮在吊篮破裂、吊篮紧固件部分脱落和堆芯支撑下板与吊篮热处理变形3种故障工况的振动信号,采用小波包变换提取故障信号频段能量,将含有故障信息的采集数据经小波包能量分析后直接赋值给DSm T信度函数.实验结果表明,小波包能量分析DSm T融合方法的诊断准确率优于小波包子带能量特征向量图方法,DSm T融合算法能够有效辨识吊篮故障模式,具有较高的诊断效率及可靠性.

板状燃料组件入口堵流事故下流场和温度场的瞬态数值计算

板状燃料组件具有结构紧凑、换热效率高、深燃耗等特点,故被广泛应用在一体化反应堆和实验用研究堆中。在堆芯窄矩形流道中,冷却剂一般采用自上向下的强迫循环方式。在某些事故工况下,譬如由于燃料元件的辐照肿胀、堆内材料碎片或异物随冷却剂循环流入堆芯,可能引发堵流事故。该事故将造成燃料板失冷,板温升高,可能导致局部冷却剂蒸干,威胁燃料包壳的完整性,甚至造成放射性外泄,引发严重事故后果。本文采用CFD软件ANSYS FLUENT 12.1对板状燃料组件在入口95%部分堵塞和全部堵塞的工况进行了瞬态数值模拟。计算中考虑了冷却剂和燃料板的流固耦合传热问题,并对所得三维流场、温度场及影响因素进行了分析。