Диссертация (1149684), страница 12
Текст из файла (страница 12)
На рис. 3.11, 3.12 представлены результаты расчета изменений во времени температуры топлива и значения коэффициента реактивности реактора ЭЛЯУ. На рис. 3.13 показан выход на заданный82уровень мощности при пуске ЭЛЯУ: как видно из рисунка в начальные моменты времени наблюдается резкий скачок мощности реактора, который гаситсяза счет температурной обратной связи по топливу (Доплер-эффект).Рис. 3.13. Изменение во времени мощности ЭЛЯУ3.4. Динамика каскадной активной зоны в многоточечномприближенииДинамика каскадной активной зоны с тепловыми обратными связями вмноготочечном приближении будет описываться следующей системой уравнений:)︁ ∑︁ () (︁)︁ ∑︁ () () (︁эфэф= − + − + () + (),=1=1̸=эфэф∑︁ () = () + () − (),=1(3.30)̸= () =ср+ (︁)︁срср̂︀ () − + ( () − ср ) + зам (зам () − зам),∑︁(︀)︀ () = 2 () (вх − ()) +ℎ ст () − () ,=183зам ()= () − ℎзам зам (зам () − ()) ,(︂)︂ (, ) (, ) 1 = ( , )+ (), ( , ) ( , ) начнач (0) = нач , (0) = эф, (0) = нач , (0) = нач , (, 0) = ().зам замЗдесь — мощность, выделяемая в -ой секции каскадной активной зоны, (, ) — распределение температуры твэлов в -ой секции, ̂︀ () — средняяпо объему температура топлива в -ой секции, ср — температура топлива в-ой секции в рабочей точке, — площадь поверхности теплоотдачи твэлов в-ой секции.Как было отмечено в главе 1, каскадные активные зоны могут иметь секции на тепловых нейтронах, в которых тепловой спектр достигается за счетналичия в них замедляющих материалов.
Нагревание замедлителя в процессеработы реактора также вносит вклад в изменение реактивности соответствующей секции, поэтому в систему (3.30) введено уравнение, описывающее изменение температуры замедлителя. Здесь зам — температура замедлителя в-ой секции, зам —температурный коэффициент реактивности по замедлителю в -ой секции, зам — масса замедлителя в -ой секции, зам — удельнаятеплоемкость замедлителя в -ой секции, ℎзам — коэффициент теплоотдачизамедлителя в -ой секции, зам — площадь теплоотдачи замедлителя в -ойсекции, — доля мощности, приходящаяся на замедлитель в -ой секции.Запишем уравнения динамики каскадной активной зоны с тепловыми обратными связями с учетом приближений, описанных в предыдущем разделе:(︂ )︂(︁)︁∑︀∑︀срэф () + + () − =1=1̸= () =эф − ()эфэф∑︁ () = () + () − (),=1,̸=(︁)︁срср̂︀ () = ср+()− + зам (зам () − зам ),(3.31)84(︁)︁∑︁ ()̂︀= 2 () (вх − ()) +ℎ () − () , =1зам ()= () − ℎзам зам (зам () − ()) ,(︁)︁̂︀ ()̂︀= () − ℎ () − () .
начначнач (0) = , (0) = нач , (0) = , (0) = .зам замКак видно из уравнений (3.31), модель динамики ЭЛЯУ на основе многоточечной кинетики также позволяет учитывать различия теплофизическиххарактеристик материального состава в одной и другой секции.Проанализируем с помощью полученных уравнений динамику ЭЛЯУ соднородной (быстро-быстрая) и неоднородной (быстро-тепловая) активной зоной в точечном и двухточечном приближении при пуске реактора. Однороднаяактивная зона на быстрых нейтронах при расчетах делилась на две секции содинаковым материальным составом.
Неоднородная активная зона, состоящаяиз двух секций: центральной — с топливом 239 Pu без замедлителя и периферийной — с топливом12235U и графитовым замедлителем (отношение концентрацийC/235 U=10).На рис. 3.14 представлены графики изменения во времени функций , 1и 2 для однородной (а) и неоднородной (б) активной зоны, на рис. 3.15 — изменения температуры топлива для однородной (а) и неоднородной (б) активнойзоны, на рис. 3.16 — изменения общего эффективного коэффициента размножения нейтронов для однородной (а) и неоднородной (б) активной зоны. Изграфиков видно, что в случае активной зоны с однородным топливным составом динамика реактора в точечном и двухточечном приближении одинакова,однако в случае неоднородного топливного состава проявляются существенныеразличия как в характере набора мощности, так и изменении температуры и эффективного коэффициента размножения по секциям.
Данное явление объясняется различием кинетических (см. §2.4) и теплофизических [114] характеристиксекций, которые не учитываются точечным приближением.85а)б)Рис. 3.14. Изменение во времени функций , 1 и 2 для активных зон с а) однороднымтопливным составом и б) неоднородным топливным составом.а)б)Рис. 3.15. Изменение во времени средней температуры топлива в активной зоне для а) однородный топливный состав и б) неоднородный топливный состав.86а)б)Рис. 3.16. Изменение во времени эффективного коэффициента размножения нейтронов дляактивной зоны с а) однородным топливным составом и б) неоднородным топливным составом.87Глава 4Комплекс программ для моделированияфизических процессов в активной зоне ЭЛЯУВ данной главе представлено описание разработанного комплекса программдля моделирования нейтронных и тепловых процессов в активной зоне ЭЛЯУ.4.1.
Общая схема работы программного комплексаОписанные в главах 1-3 математические модели были реализованы в видекомплекса программ для расчета основных статических и динамических характеристик подкритических однородных и каскадных активных зон, управляемыхлинейным ускорителем протонов.Разработанный программный комплекс представляет собой клиентское приложение для моделирования нейтронных и тепловых процессов в активных зонах простой геометрии (плоской, цилиндрической и сферической) и базу данных для хранения необходимых при моделировании физических данных. Комплекс работает под управлением операционной системы Windows и написан наплатформе .NET 4.0 с использованием программных средств разработки MSVisual Studio и MS SQL Server.
Выбор данных средств разработки обусловленспецификой задач, возникших при проектировании архитектуры программногокомплекса, в частности необходимостью поддержки хранения и обработки большого количества данных, а также создания графического интерфейса пользователя.При проектировании архитектуры комплекса за основу был взят шаблонModel-View-Controller (MVC), адаптированный под специфику моделируемойфизической системы. Шаблон MVC был впервые предложен норвежцем ТрюгвеРинскаутом [48] и лег в основу первой среды программирования с графическим88интерфейсом Smalltalk-80 [14]. Суть данного шаблона представлена на рис.
4.1[82].Controller(контроллер)Действияпользователя· Определяет данные, введенныепользователем· Информирует представление имодель об изменении данных· Выбор представленияВыбор иизменениепредставленияView(представление)· Отображение данных дляпользователяИзменениесостоянияЗапросданныхИзменениеданныхModel(модель)· Предоставление данных· Отвечает на запрос данных· Изменение состоянияпредставленияРис.
4.1. Концепция Model-View-Controller (сплошными линиями показаны прямые связи,пунктирными — косвенные связи)Главным преимуществом MVC является возможность разделения логикиуправления приложением, получения и обработки данных и их отображение.Данная возможность достигается за счет разделения архитектуры комплексана три компоненты: модель, контроллер и представление, при этом изменениеодного из компонент не затрагивает реализацию остальных.Модель представляет данные и методы работы с ними, реагирует на запросы, изменяя свое состояние. Представление отвечает за визуализацию (формас графическими компонентами). Контроллер обеспечивает взаимодействие модели с пользователем.Общую архитектура разработанного программного комплекса схематичнопредставлена в терминах шаблона MVC на рис.
4.2. Подсистема представления отвечает за графический интерфейс пользователя, а также за отображение89МодельПодсистема данныхВычислительная подсистемаБиблиотекачисленных алгоритмовМатематические моделиКонтроллерПредставлениеПодсистемавзаимодействия с БДПодсистема представленияПодсистемавзаимодействия с пользователемРис. 4.2. Общая архитектура комплекса программ для моделирования физических процессовв ЭЛЯУвходных и выходных данных (рис. 4.3).
Входными данными при моделированиинейтронных процессов является геометрия активной зоны и ее материальныйсостав, формируемый из доступных программе материалов. Перечень материалов, их элементный и изотопный состав, а также физические свойства хранятсяв базе данных (БД). Их загрузка в программу осуществляется через подсистему взаимодействия с пользователем, связанную с подсистемой взаимодействияс БД.
По окончании редактирования материального состава и геометрическиххарактеристик зоны, подсистема взаимодействия с пользователем запрашивает из БД требуемые для расчетов физические характеристики (макросечения,диффузионные коэффициенты, постоянные распада и др.) сформированной зоны, которые поступают в подсистему данных.90Рис. 4.3. Ввод входных данных для расчетаПосле ввода входных данных пользователь выбирает моделируемый физический процесс, соответствующий запрос поступает в вычислительную подсистему, где происходит выбор математической модели и численных методовее решения.
По окончании расчетов выходные данные поступают в подсистемупредставления, где осуществляется их отображение в графической или табличной форме.В следующих разделах будут подробно рассмотрены основные блоки разработанного комплекса, в частности вычислительная подсистема и база данных.4.2. Вычислительные модулиК вычислительным модулям относятся математические модели, описанныев главах 1–3, а также численные методы для решения уравнений моделей. Диаграмма классов, описывающая организацию модуля математических моделейпредставлена на рис. 4.4.Базовым классом для моделей физических процессов в активной зоне ЭЛЯУявляется абстрактный класс BaseModel, включающий в себя свойства ModelDataи GeometryData, которые содержат необходимые для моделирования физиче91T: BaseModelDataBaBaseModel+ZonesC+Zones#ModelData : T#GeometryData : GeometryData#GetModelDataFromDataBase() : void#SpecifyGeometry() : voidNeutronicModel+AddZoneData() : void+ModifyZoneData() : void#SetReflectorProperties() : void#ResetReflectorProperties() : void+Solve() : double[ ][ ]DiffusionModel+Keff : double+K : double+CountKvasiCritical() : double[ ][ ]+CountWithBoundarySource() : double[ ][ ]+CountWithVolumeSource() : double[ ][ ]#GetRightPart() : double[ ]#GetSystemMatrix() : double[ ][ ]+Materia+Length :+AddMatThermoHidraulicModel+AddZoneData() : void+ModifyZoneData() : voidThermoconductivityModelAdjointDiffusionModel#GetRightPart() : double[ ]#GetSystemMatrix() : double[ ][ ]+Calculate() : double-GetAverageTemperature() : double1+BaseId :+Isotopes+Name : s+AtomNuPointKineticsModelKineticsModel-flux : double[ ][ ]-adjFlux : double[ ][ ]#Keff : double#K : double[ ][ ]#PointsNumber : int#Beta : double[ ][ ]#BetaGr : double[ ][ ][ ]#LifeTime : double[ ]#DecayConsts : double[ ][ ]#Epsilon : double[ ][ ]#DelayGroups : int+InitializeCoefficients() : void-C : double[ ]-Fi : double[ ]+Solve() : double[ ][ ]+BaseNu+Elemen+Name :+Number+Concen+Part : do+Density1DynamicsModel-DoplerCoefs : List<double>-Conductivity : ThermoconductivityModel+GetReactivityofTemperature() : double+Solve() : double[ ][ ]MultiPointKineticsModel+BaseId :+Atom_M+Name :+IsFission+Beta : d+DecayCo+Procent-C : double[ ][ ]-Fi : double[ ][ ]+Solve() : double[ ][ ]BurnupModel-ChangeComposition() : void+Solve() : double[ ][ ]Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
