一种基于modelica规范的核反应堆热工水力仿真架构方法技术

本发明专利技术公开了一种基于modelica规范的核反应堆热工水力仿真架构方法，本发明专利技术采用自上而下的分解和自下而上的集成对核反应堆热工水力系统模型库进行架构,建立清晰明确的层次化结构图。在自上而下的分解方面，本发明专利技术建立核反应堆热工水力系统从系统级→组件级→设备级→基础级的层次化分解图,并对各级的含义和范围进行了说明。在自下而上的集成方面，本发明专利技术以基本控制方程模型为核心，采用多级继承的方式，把控制方程所需的物性模型、源项模型、热构件模型、接口模型等基础级模型进行关联和组合形成设备模型，进而通过组合封装和拖拽式建模形成组件模型和系统模型。

A Method of Nuclear Reactor Thermal Hydraulic Simulation Architecture Based on Modelica Specification

The invention discloses a method of nuclear reactor thermo-hydraulic simulation architecture based on Modelica specification. The invention adopts top-down decomposition and bottom-up integration to structure the nuclear reactor thermo-hydraulic system model library, and establishes a clear hierarchical structure diagram. In terms of top-down decomposition, the present invention establishes a hierarchical decomposition diagram of nuclear reactor thermohydraulic system from system level to component level to equipment level to basic level, and explains the meaning and scope of each level. In the aspect of bottom-up integration, the present invention takes the basic control equation model as the core, adopts the multi-level inheritance method, associates and combines the physical property model, source term model, thermal component model, interface model and other basic level models required by the control equation to form equipment model, and then forms component model and system model by combining packaging and dragging model.

【技术实现步骤摘要】
一种基于modelica规范的核反应堆热工水力仿真架构方法
本专利技术涉及数字化反应堆研究领域，具体涉及基于modelica规范的核反应堆热工水力仿真架构方法。
技术介绍
为满足以核能设备为代表的复杂工业产品研发对系统综合性能进行决策分析的更高层次的数字化设计需求，以及满足数字化反应堆对仿真软件可扩展性的要求，1997年，欧洲仿真协会(EUROSIM)提出了多领域、连续-离散混合物理建模语言Modelica及其仿真技术。它具备通用性、标准化及开放性的特点，采用面向对象技术进行模型描述，实现了模型可重用、可重构、可扩展的先进构架体系，近年来，与之结合的热工水力系统建模与仿真技术得到了深入和广泛的研究，如具有代表性的案例包括：法国电力的ThermoSysPro、橡树岭国家实验室的MoDSim、米兰理工的ThermoPower等。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于modelica规范的核反应堆热工水力仿真架构方法，实现针对核反应堆热工水力仿真的深度高效复用和拓展。本专利技术的具体技术方案为：一种基于modelica规范的核反应堆热工水力仿真架构方法，包括分解和组建；分解包括以下步骤：A1、将核反应堆热工水力系统按照拓扑结构进行分解为组件和设备；A2、将组件按照结构单元分解为设备和接口方程单元；A3、将A1和A2中获得的设备按照物理现象进行分解为各种传质传热物理现象方程单元；传质传热物理现象方程单元包括基本方程单元、能为基本方程单元提供封闭信息的配合方程单元；其中，将接口方程单元和传质传热物理现象方程单元归为基础单元；组建包括以下步骤：B1、采用modelica规范方式将各种基础单元规范为各种基础级模型，其中包括将传质传热物理现象方程方程单元规范为基本方程模型，将配合方程单元规范为配合模型，将接口类方程单元规范为接口模型；B2、根据不同的设备，在各种基础级模型中找到与设备对应的基本方程模型、能为基本方程模型提供封闭信息的配合模型和能配合基本方程模型进行关联、组合构成设备模型的接口模型；再通过建立基本方程模型调用配合模型进行封闭的调用关系和建立基本方程模型与接口模型进行关联、组合关系而构建出对应的设备级模型，从而建立设备完整的物理过程的方程描述形成modelica规范的设备级模型；B3、采用组合封装的方式，通过接口模型把各设备级模型参数和变量进行关联、建立联立方程组以描述组件完整的物理过程从而形成modelica规范的组件级模型；B4、采用拖拽式建模的方式，根据系统的拓扑结构把设备级模型和组件级模型集成为系统级模型。本专利技术的设计原理为：modelica建模规范是一种面向对象、基于方程、采用层次化组件模型和具有可重用性的物理建模语言，其构建的数字模型本质是以数学方程组的形式描述实验设备或系统的物理特性并以图形化呈现的模型。在开源可见的基础上，由于模型代码基本上是采用基于方程形成来编写的，该方式与用户掌握的理论公式具有很强的对照性，故用户可以非常简单、便捷的基于试验成果和相关文献资料实现对模型方程/算法进行修改、优化和验证，提升模型的准确性,提高实验成果的深层价值。modelica建模规范支持图形化、模块化的拖拽式建模方式，可以很好的做到仿真模型的架构和系统设计的原理图一一对应，大大提高了用户建模效率和设计与仿真的迭代效率。本专利技术基于modelica规范的核反应堆热工水力仿真建模的一项重要工作，是建立modelica模型库从最底层的基本控制方程模型到最顶层的系统模型的层次化架构图，本专利技术首先采用自上而下的分解，再采用自下而上的集成对核反应堆热工水力系统modelica模型库进行架构。在自上而下的分解方面，本专利技术建立核反应堆热工水力系统从系统级→组件级→设备级→基础级的层次化分解图，并对各级的含义和范围进行了说明。本专利技术具有最主要贡献的技术核心在于：在自下而上的集成方面，本专利技术以传质传热物理现象方程单元转变成的基本方程模型为核心，采用多级继承的方式，把控制基本方程模型所需的物性模型、源项模型、热构件模型、接口模型等基础级模型进行关联和组合形成设备模型；进而通过组合封装和拖拽式建模形成组件模型和系统模型。本专利技术的技术成果为modelica规范应用于数字化反应堆热工水力系统仿真提供了一种可供选择模型架构方案。在本专利技术中，分解时主要目的是分解到设备级，并且是以传质传热物理现象进行的设备级划分，而不是传统的设备或物理边界划分；这样做的目的是使得设备是以各种传质传热物理方程描述的设备，做到更加的底层化设计，能更加逼真的模拟实际工作时的热工水力情况。同时，本专利技术在构建设备时，是以基本方程模型为核心采用多级继承的方式，把控制基本方程模型所需的物性模型、源项模型、热构件模型、接口模型等基础级模型进行关联和组合形成设备模型，这样做的目的是将其他配合模型与基本方程模型形成多级关联，我们在重复使用时，只需在外部更改配合模型的外部数据即可，无效更改整个模型之间的关联关系，就快速的形成同类型、但参数不同的设备，达到快速复用的目的，且这种多级继承，能更加真实的模拟出设备的实际过程。本专利技术上述所述的多级继承是指把控制基本方程模型所需的物性模型、源项模型、热构件模型、接口模型等基础级模型进行关联和组合形成设备模型，即将多个配合模型形成关联和级联用来对基本方程模型进行封闭。传统的Relpa5、CATHARE等核反应堆热工水力仿真软件采用基于控制体的方法建立管道、阀门等设备的模型，所述控制体为设备流道结构的某个网格节点，按若干个节点数对设备从进口到出口的流道结构进行一维网格划分得到的，只是对结构进行分解，未进一步对物理现象进行分解，因此，其模拟时，只能做到各模型的简单的数据仿真显示，没有形成模型关联形成参数之间结合后的仿真，且每一个模型在复用时，都需要重新对每一个模型进行配置参数，因此有时需要人工再次测算后进行配置，而需要配置出的参数多达几百个值，极大的延缓了复用的进程。与基于modelica的多级继承设备模型构建方式相比，采用基于控制体的方法，要求对每个控制体都构建基本控制方程、各个物理现象对应的源项方程、物性方程、边界条件以及控制体之间的质量、动量、能量输运方程等，以形成封闭可求解的方程组，建模工作量和难度大，参数配置多，难以用模块化结构化的方式把控制体各个物理现象和过程清晰完整地表达出来，也难以高效复用已有的传质传热物理现象源项方程、物性表达式等，建模质量和效率低。采用多级继承方式，对设备的物理现象进行了分解，最大程度地提取设备的传质传热物理现象的共性基类，以模块化结构化的方式建立基本控制方程与共性基类的关联以及各个共性基类的关系，既可快速地从设备模型以层次化分解的形式查看某个物理现象对应的源项模型，也可通过修改某个物理现象对应的源项模型高效优化相关的设备模型。本专利技术具体的
技术实现思路
为：所述基础级模型从基本方程出发提供热工水力仿真所需的基础共性的模型，提供了控制方程封闭所需的源项、物性、接口、几何参数等，是整个热工水力系统modelica模型库的最小单元，基础级模型包括基本方程模型、源项模型、物性模型、热构件模型、逻辑控制模型等。所述设备级模型提供热工水力系统所需的常规通用的设备模型，它关联组合各类基础级模型形成联立方程组从而描述设备内本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于modelica规范的核反应堆热工水力仿真架构方法，包括分解和组建；分解包括以下步骤：A1、将核反应堆热工水力系统按照拓扑结构进行分解为组件和设备；A2、将组件按照结构单元分解为设备和接口方程单元；A3、将A1和A2中获得的设备按照物理现象进行分解为各种传质传热物理现象方程单元；传质传热物理现象方程单元包括基本方程单元、能为基本方程单元提供封闭信息的配合方程单元；其中，将接口方程单元和传质传热物理现象方程单元归为基础单元；组建包括以下步骤：B1、采用modelica规范方式将各种基础单元规范为各种基础级模型，其中包括将传质传热物理现象方程单元规范为基本方程模型，将配合方程单元规范为配合模型，将接口类方程单元规范为接口模型；B2、根据不同的设备，在各种基础级模型中找到与设备对应的基本方程模型、能为基本方程模型提供封闭信息的配合模型和能配合基本方程模型进行关联、组合构成设备模型的接口模型；再通过建立基本方程模型调用配合模型进行封闭的调用关系和建立基本方程模型与接口模型进行关联、组合关系而构建出对应的设备级模型，从而建立设备完整的物理过程的方程描述形成modelica规范的设备级模型；B3、采用组合封装的方式，通过接口模型把各设备级模型参数和变量进行关联、建立联立方程组以描述组件完整的物理过程从而形成modelica规范的组件级模型；B4、采用拖拽式建模的方式，根据系统的拓扑结构把设备级模型和组件级模型集成为系统级模型。...

【技术特征摘要】
1.一种基于modelica规范的核反应堆热工水力仿真架构方法，包括分解和组建；分解包括以下步骤：A1、将核反应堆热工水力系统按照拓扑结构进行分解为组件和设备；A2、将组件按照结构单元分解为设备和接口方程单元；A3、将A1和A2中获得的设备按照物理现象进行分解为各种传质传热物理现象方程单元；传质传热物理现象方程单元包括基本方程单元、能为基本方程单元提供封闭信息的配合方程单元；其中，将接口方程单元和传质传热物理现象方程单元归为基础单元；组建包括以下步骤：B1、采用modelica规范方式将各种基础单元规范为各种基础级模型，其中包括将传质传热物理现象方程单元规范为基本方程模型，将配合方程单元规范为配合模型，将接口类方程单元规范为接口模型；B2、根据不同的设备，在各种基础级模型中找到与设备对应的基本方程模型、能为基本方程模型提供封闭信息的配合模型和能配合基本方程模型进行关联、组合构成设备模型的接口模型；再通过建立基本方程模型调用配合模型进行封闭的调用关系和建立基本方程模型与接口模型进行关联、组合关系而构建出对应的设备级模型，从而建立设备完整的物理过程的方程描述形成modelica规范的设备级模型；B3、采用组合封装的方式，通过接口模型把各设备级模型参数和变量进行关联、建立联立方程组以描述组件完整的物理过程从而形成modelica规范的组件级模型；B4、采用拖拽式建模的方式，根据系统的拓扑结构把设备级模型和组件级模型集成为系统级模型。2.根据权利要求1所述的一种基于modelica规范的核反应堆热工水力仿真架构方法，其特征在于：所述基本方程模型为质量方程模型和能力方程模型以及动量方程模型联立组成。3.根据权利要求1所述的一种基于modelica规范的核反应堆热工水...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾小康，黄彦平，昝元锋，宫厚军，丁吉，
申请(专利权)人：中国核动力研究设计院，苏州同元软控信息技术有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51