基于并行计算的反应堆非能动安全系统可靠性分析平台及方法技术方案

本发明专利技术属于核反应堆概率安全分析技术领域，公开了一种基于并行计算的反应堆非能动安全系统可靠性分析平台及方法，预处理模块建立描述系统功能可靠性的失效准则、识别不确定性参数，进行热工水力模型分析；抽样和计算任务分配模块采用选定的抽样方法获得一定数量的随机样本，并分配热工水力计算任务；运算模块控制热工水力程序自动进行填输入卡、运行以及输出提取；图形显示模块根据热工水力计算的输出结果，采用MCS方法或以替代模型的方式计算系统热工水力过程的失效率，或根据计算结果进行敏感性分析，并以图形的形式展示所有的计算结果。本发明专利技术能够进行热工水力程序的并行计算，并自动完成反应堆非能动安全系统的可靠性评估任务。评估任务。评估任务。

【技术实现步骤摘要】
基于并行计算的反应堆非能动安全系统可靠性分析平台及方法


[0001]本专利技术属于核反应堆概率安全分析
，尤其涉及一种基于并行计算的反应堆非能动安全系统可靠性分析平台及方法。

技术介绍

[0002]目前，非能动安全技术在新型核反应堆中的应用已成为一种趋势，特别是福岛核事故之后非能动安全系统在未来核电站反应堆中的应用得到了更大的重视和关注，国内外很多先进堆型的设计十分注重非能动特性，均采用了不同形式的非能动系统以期望能够提供更加长期、稳定、可靠的冷却方式。非能动系统之所有受到重视，是由于其运行机理仅依赖于蓄热、蒸发、重力驱动等一些简单且可靠的基本物理规律，减少了安全系统对于充足外部电源供给和准确人为干预的依靠。与能动系统相比非能动系统几乎不受断电事故以及人为误操作的影响、避免了相关事故序列发生的可能性，同时非能动系统由于其简易性以及较好的公众接受程度，普遍认为非能动安全系统更加可靠、更加经济。但是，与能动系统相比非能动系统所依赖的驱动力较小，设计参数、初始条件等因素波动带来的不确定性以及对相关物理现象认识不充分，均有可能造成非能动系统无法按照设计要求建立可靠的自然循环并顺利带出堆芯余热。目前普遍认为非能动系统的热工水力过程(物理过程)并不完全是可靠的，与非能动特征相关的可靠性评估、安全分析、安全审评等工作仍面临挑战并存在一些开放性问题。在非能动技术更加广泛地应用于未来各种堆型设计、建设和运行之前，有必要结合非能动系统的部件可靠性以及热工水力过程可靠性两个方面，对非能动系统的设计方案进行充分的评价。
[0003]近20年国际上开展了多项关于非能动系统可靠性评估的合作项目，其中比较有代表性的研究项目包括：欧盟主导的RMPS(Reliability Methods for Passive Safety functions)项目，该项目旨在发展一种用于评估热工水力非能动系统可靠性的方法；国际原子能组织(International Atomic Energy Organization，IAEA)于2004年发起了一个协作研究项目(Coordinated Research Project，CRP)，该项目的目的在于加强自然循环现象、建模以及非能动系统可靠性方面的国际合作研究；IAEA于2008年发起了另一个CRP，试图确定一种通用的非能动系统可靠性评估方法；印度Bhabha原子能研究中心发起的APSRA(Assessment of Passive System Reliability)框架，该框架试图克服RMPS中不确定性参数分布函数定义较为困难的问题，同时采用试验数据修正热工水力程序预测的不确定性；美国阿贡国家实验室(Argonne National Laboratory)发起的论证项目，旨在验证各类非能动系统可靠性评价方法的适用性，为先进堆型供应商提供一种技术路线以证明将非能动系统纳入其核电厂设计方案的可靠性。
[0004]近20年来国内外学者出于不同的考虑和应用场景，发展了多种非能动系统可靠性评估方法，但整体来看目前RMPS框架的应用最为广泛。RMPS方法的发展较早，应用该方法进行系统评估的案例也较多，该方法对于热工水力过程(物理过程)失效的考虑是具有开创性
的，特别是随着后期功能可靠性概念、超越概率(EP)模型和应力干涉(SSI)模型的提出使得RMPS方法的理论更加完善，其本质上已经接近于一种基于故障物理(热工水力模型)的可靠性评价方法。
[0005]RMPS基本框架中隐含的失效率估计方法即简单的蒙特卡罗模拟理论，考虑到非能动系统热工水力模型运算耗时较长的特点，当系统失效率较小时，简单的蒙特卡罗模拟理论需要巨量的运算代价才能给出较准确和较稳健的评估结果。要进行非能动系统可靠性评估，必须实现热工水力程序的自动运算才能充分保证其效率，面对大量的不确定参数抽样结果，依赖人工操作进行热工水力计算的代价是极大的。要进行非能动系统可靠性评估，必须实现热工水力程序的自动运算才能充分保证其效率，面对大量的不确定参数抽样结果，依赖人工操作进行热工水力计算的代价是极大的。热工水力程序的自动运算需要完成三个方面内容：一是将不确定性参数抽样结果传递至热工水力模型；二是自动调用热工水力模型进行计算并提取计算结果；三是由于热工水力程序运行较为耗时，应该尽可能采用并行计算的方式。
[0006]通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有的热工水力计算依赖于人工完成且采用单线程方式，不仅耗时长，且计算效率与准确率低，无法对反应堆非能动安全系统进行高效的可靠性分析。
[0007]解决以上问题及缺陷的难度为：当前主流的热工水力计算工具主要采用“输入卡十可执行程序”的形式，以输入卡中填写的代码描述系统结构及参数、以可执行程序实现计算，其运行的独立性较强，要实现非能动系统热水力模型的自动计算，必须建立一种外部控制方式来实现输入卡的自动填写、可执行程序的自动调用、计算结果的自动提取以及基于多次计算结果的系统可靠性分析，这种外部控制方式的建立涉及多个平台的耦合问题，较为困难；另外，要实现热工水力程序的并行计算，则需要在上述外部控制方式的基础上，基于多核平台进一步实现大量热工计算任务的实时精确分配、计算进度监视以及不同核心计算结果的最终综合，涉及到不同核心计算任务的精准调度问题，具有一定的技术难度。
[0008]解决以上问题及缺陷的意义为：反应堆非能动系统的失效率较小，通常为10
‑4～10
‑3量级，简单的蒙特卡罗模拟理论需要巨量的运算代价才能给出较准确和较稳健的评估结果；本专利技术实现了非能动系统热工水力模型的自动计算和并行计算，极大提升了开展非能动系统可靠性分析的效率和稳健性，对提升反应堆概率安全分析的效率和精度具有一定意义。

技术实现思路

[0009]针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种基于并行计算的反应堆非能动安全系统可靠性分析平台。
[0010]本专利技术是这样实现的，一种基于并行计算的反应堆非能动安全系统可靠性分析平台，所述基于并行计算的反应堆非能动安全系统可靠性分析平台包括：
[0011]预处理模块，包括系统分析单元、不确定性参数识别与量化单元、输入卡分析单元，用于建立描述系统功能可靠性的实效准则、识别不确定性参数，进行热工水力模型分析；
[0012]抽样和计算任务分配模块，用于采用选定的抽样方法获得一定数量的随机样本，
并分配热工水力计算任务；
[0013]运算模块，用于控制热工水力程序自动进行填输入卡、运行以及输出提取；同时用于根据获得的参数位置信息以及样本信息，以文本形式对输入卡进行修改，并调用热工水力程序的可执行文件进行计算，同时以进程监控的方式判断运算是否结束；并于核心计算都束后，统一提取N次热工水力计算的输出结果；
[0014]图形显示模块，用于根据热工水力计算的输出结果，采用MCS方法或以替代模型的方式计算系统热工水力过程的失效率；或根据计算结果进行敏感性分析，并以图形的形式展示所有的计算结果。
[0015]进一步，所述预处理模本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于并行计算的反应堆非能动安全系统可靠性分析平台，其特征在于，所述基于并行计算的反应堆非能动安全系统可靠性分析平台包括：预处理模块，包括系统分析单元、不确定性参数识别与量化单元、输入卡分析单元，用于建立描述系统功能可靠性的失效准则、识别不确定性参数，进行热工水力模型分析；抽样和计算任务分配模块，用于采用选定的抽样方法获得一定数量的随机样本，并分配热工水力计算任务；运算模块，用于控制热工水力程序自动进行填输入卡、运行以及输出提取；同时用于根据获得的参数位置信息以及样本信息，以文本形式对输入卡进行修改，并调用热工水力程序的可执行文件进行计算，同时以进程监控的方式判断运算是否结束；并于核心计算都束后，统一提取N次热工水力计算的输出结果；图形显示模块，用于根据热工水力计算的输出结果，采用MCS方法或以替代模型的方式计算系统热工水力过程的失效率；或根据计算结果进行敏感性分析，并以图形的形式展示所有的计算结果。2.如权利要求1所述基于并行计算的反应堆非能动安全系统可靠性分析平台，其特征在于，所述预处理模块包括：系统分析单元，用于结合设计方案、使用说明及其技术文件建立合理的用于描述系统的功能可靠性的失效准则；不确定性参数识别与量化单元，用于基于现有数据与运行经验，依据专家意见和工程判断的方式识别可能影响非能动系统热工水力过程的输入参数，并定义相应的概率密度分布以描述各参数的不确定性分布；同时利用专门的数据文件对所述不确定性参数的分布类型以及分布参数进行存储；输入卡分析单元，用于分析已建立非能动系统的热工水力模型，结合不确定性参数识别的结果，确定各不确定性输入参数在输入卡中对应的所有位置；同时利用专门的数据文件存储各参数对应的位置信息。3.如权利要求2所述基于并行计算的反应堆非能动安全系统可靠性分析平台，其特征在于，所述各不确定性输入参数在输入卡中对应的所有位置即控制体编号以及控制体参数编号。4.一种应用于如权利要求1
‑
3任意一项所述基于并行计算的反应堆非能动安全系统可靠性分析平台的基于并行计算的反应堆非能动安全系统可靠性分析方法，其特征在于，所述基于并行计算的反应堆非能动安全系统可靠性分析方法包括：按照规定的格式填写并建立用于能够描述系统各部件连接关系、初始条件、控制逻辑以及系统输出及其他特性的输入卡文件；调用可执行文件，根据输入卡文件所描述的系统配置计算其响应；按照规定的格式输出程序的计算结果，分析系统的运行特性与规律。5.如权利要求4所述基于并行计算的反应堆非能动安全系统可靠性分析方法，其特征在于，所述基于并行计算的反应堆非能动安全系统可靠性分析方法包括以下步骤：步骤一，建立用于描述系统的功能可靠性的失效准则，依据专家意见和工程判断的方式识别有可能影响非能动系统热工水力过程的输入参数，并定义用于描述各参数的不确定性分布的响应的概率密度分布；步骤二，分析已建立非能动系统的热工水力模型，结合不确定性参数识...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋立志，张永发，蔡琦，王晓龙，刘小丫，
申请(专利权)人：中国人民解放军海军工程大学，
类型：发明
国别省市：