一种核反应堆的半实物仿真平台的制作方法
【技术领域】
[0001] 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】
[0002] 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。
[0003] 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。
[0004] 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：
[0005] (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；
[0006] (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。
[0007] 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】
[0008] 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。
[0009] 本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
[0010] -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。
[0011] 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，M2 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。
[0012] 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。
[0013] 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。
[0014] 接上述技术方案，所述微控制器采用单片机或DSP。
[0015] 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。
[0016] 接上述技术方案，所述隔离电路可以采用光电耦合隔离。
[0017] 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。
[0018] 接上述技术方案，功率开关管为M0SFET。
[0019]接上述技术方案，所述电热管个数为N，N2 3,分多层分布于模拟反应堆壳体内，均 匀布置。
[0020] 接上述技术方案，25 35。
[0021] 接上述技术方案，所述输入装置和显示装置为LCD触摸屏，IXD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。
[0022]本发明具有以下有益效果：
[0023] 1、多个电热管设置于模拟反应堆壳体内，模拟核反应堆内的燃料棒，控制系统通 过设置和调节不同电热管的工作状态来实现模拟反应堆内各种温度的分布，控制系统通过 显示装置反映电热管的工作状态;通过多个电热管的温度设定和调节，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。
[0024] 2、多组入水口和出水口与外部的管道连接可以形成多个独立的循环水回路，每个 水循环回路包括一个入水口、一个出水口和一个独立的蒸汽发生器，与实际情况更相符，不 仅能够实现用户对于核反应本身建模等理论研究，也可以方便用户在此平台上对过程控制 中水管压力、蒸汽发生器压力和液位、发电站中负荷跟踪以及多回路协调控制等问题上的 深入研究。
【附图说明】
[0025]图1是本发明实施例中核反应堆的半实物仿真平台的外部结构图；
[0026] 图2是本发明实施例中核反应堆的半实物仿真平台的内部结构图；
[0027] 图3是本发明实施例中控制系统的结构原理图；
[0028] 图4是本发明实施例中单个电热管的工作电路；
[0029] 图5是本发明实施例中PWM信号的电压值；
[0030] 图6是本发明实施例中Μ⑶整体工作流程；
[0031 ]图7是本发明实施例中FPGA整体工作流程；
[0032]图8是本发明实施例中IXD显示的工作流程；
[0033]图9是本发明实施例中RGB取值运算表；
[0034] 图中，1-MCU，2-FPGA，3-LCD触摸屏，4-驱动电路，5-整流电路，6-电热管，7-入水 口，8-出水口，9-模拟反应堆壳体，10-隔离电路，11-M0SFET。
【具体实施方式】
[0035]下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
[0036]参照图1~图2所示，本发明提供的一个实施例中的核反应堆的半实物仿真平台， 包括模拟反应堆壳体9、多个电热管6、控制系统、输入装置和显示装置，多个电热管6设置于 模拟反应堆壳体9内，模拟核反应堆内的燃料棒，控制系统通过设置和调节不同电热管6的 工作状态来实现模拟反应堆内各种温度的分布(例如设置为径向温度分布、轴向温度分布 和随机分布，并在显示装置直观的显示），输入装置和显示装置设置于模拟反应堆壳体9外， 通过输入装置设定电热管参数进而调节电热管的工作状态，控制系统通过显示装置反映电 热管6的工作状态;通过多个电热管的温度设定和调节，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。
[0037] 进一步地，所述模拟反应堆壳体上设有的入水口和出水口组数为M，M2 2。
[0038] 进一步地，所述模拟反应堆壳体9上设有多组入水口 7和出水口 8，每组入水口 7和 出水口8对应可以和一个外部独立的蒸汽发生器，形成一个独立的水循环回路;多组入水口 7和出水口 8可以形成了多个独立的水循环回路，每个水循环回路包括一个入水口 7、一个出 水口 8和一个独立的蒸汽发生器(蒸汽发生器是设置于模拟反应堆壳体9外单独的设备）；与 实际反应堆更相符，鉴于实际反应堆内温度场分布不均匀，导致各处温度不一致，每个水循 环回路通过反应堆之后带走的热量也不尽相同，本装置更接近实际的设计，不仅能够实现 用户对于核反应本身建模等理论研究，也可以方便用户在此平台上对过程控制中水管压 力、蒸汽发生器压力和液位、发电站中负荷跟踪以及多回路协调控制等问题上的深入研究。 [0039]进一步地，所述多组入水口 7和出水口 8沿模拟反应堆壳体9中心轴为轴线均匀分 布。
[0040] 进一步地，所述模拟反应堆壳体9上设有三组入水口 7和出水口 8，三组入水口 7和 出水口 8沿反应堆壳体9中心轴为轴线120度分布。
[00411 进一步地，控制系统包括微控制器、FPGA2和驱动电路4,微控制器和FPGA2之间通 过总线连接，产生PWM信号，根据相应通道设定电流值的大小控制输出PWM信号的占空比，实 现各电热管6工作状态的并行控制。
[0042] 进一步地，所述微控制器采用单片机或DSP，具体可选用MSP430、STM32,微控制器 记为MCU1。
[0043] 进一步地，所述FPGA2和驱动电路4之间设有隔离电路10;能够避免FPGA2和驱动电 路4之间产生干扰，能有效的抑制系统干扰，提高系统可靠性。
[0044] 进一步地，所述隔离电路10采用光电耦合隔离。
[0045] 进一步地，所述驱动电路4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（功率开关管可以采用M0SFET11，FPGA2通过输出的P丽信号控制M0SF