[发明专利]一种数字反应堆

说明书

技术领域

本发明涉及反应堆设计和核动力装置仿真技术，具体涉及一种用于核能系统的数字反应堆。

背景技术

核能系统设计流程通常是按照系统和功能进行分系统和分模块设计，其验证也是独立进行的。设计人员的思想不能立即体现和直观反映，同时由于缺乏集成化、耦合的仿真工具，对于设计中存在的问题，往往只有到了设备加工和工程建设阶段才能暴露出来，造成经济损失和工期延误，更严重的可能会导致设备损毁和人员伤亡。

为解决上述问题，国内外一些单位和机构利用数字化技术开展了反应堆的设计与验证的相关工作，但是主要是对某一具体问题研究。中国科学院合肥物质科学研究院和西北核技术研究所申请的专利，提出了针对反应堆设计方法上某一具体问题的解决方法和具体过程；清华大学的学者提出了先进核电机组评价指标体系，从数据库设计、系统方案初步设计及详细设计等方面对先进核反应堆专家评估系统的实现进行详细研究。针对反应堆设计过程中交互式迭代的设计理念，还未见提出。英特工程仿真技术(大连)有限公司申请的专利，针对CAE工业设计中不同物理场模型间载荷传递的设计方法；国内相关学者针对反应堆物理-热工耦合的方法进行了大量研究；瑞士保罗谢勒研究院提出应用先进的反应堆物理、热工、系统仿真模型用于轻水反应堆的多物理行为预测。将核能系统全物理过程仿真模型用于反应堆设计，全物理构成仿真模型包含堆芯物理分析模块、系统热工水力计算模块、燃料性能分析模块及反应堆结构分析等模块，还未见提出。南华大学的研究人员应用4D可视化理论在核电站管道安装中，实现管道安装工艺及安装进度的过程的可视化；清华大学的研究人员提出了基于OPENGL开发的高温气冷堆三维可视化系统，仿真模型计算结果可实时传递到可视化系统，现场实测数据的三维可视化处理，通过内存映射文件，实现仿真计算程序与三维平台的数据交互；合肥工业大学的研究人员提出了应用三维技术和可视化手段来研究计算机在核能领域应用中所发生的新问题，尤其是针对反应堆概念设计阶段。将可视化技术应用于反应堆辅助设计过程中，实现反应堆状态信息表达的多维化(1D/2D/3D/4D)，还未见提出。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种用于核能系统的数字反应堆，将多专业过程仿真与设计与验证过程相结合，相互迭代，使得设计结果更为优化；采用多维化反应堆状态信息表达，能够更加真实的反映反应堆设计结果的建造和工作情况。

为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的：

一种数字反应堆，包括：核能多专业过程仿真系统、设计与验证系统和3D虚拟现实环境系统；

核能多专业过程仿真系统，用于将设计工艺仿真、设备级三维仿真、核应急指挥与决策仿真三部分仿真功能集成到统一的仿真环境中，根据外部输入的反应堆的设计参数进行多专业过程仿真模拟；其中，设计工艺仿真、设备级三维仿真和核应急指挥与决策仿真通过数据交换进行耦合，使得各自的仿真参数实时参与其他部分的仿真计算；

设计与验证系统，用于通过数据通讯组件获取所述核能多专业过程仿真系统的仿真结果；将获取的仿真结果与预存的反应堆设计的限制条件进行对比分析，判断当前设计参数是否满足限制条件，如果不满足，则设计与验证系统接收用户对设计参数的修改，修改后的设计参数反馈回所述核能多专业过程仿真系统，由核能多专业过程仿真系统根据修改后的设计参数进行下一轮的迭代仿真，直到满足限制条件，则验证通过，输出报告，优化设计结束；

3D虚拟现实环境系统，用于通过数据通讯组件获取所述核能多专业过程仿真系统的实时仿真数据，包括设计工艺仿真和设备级三维仿真的仿真过程和结果，通过在预存的反应堆现实环境的三维模型上叠加实时仿真数据，以多维形式将反应堆的状态信息直观的呈现出来。

优选地，所述核能多专业过程仿真系统包括反应堆设计工艺仿真子系统、设备级三维仿真子系统和核应急指挥与决策子系统；

所述反应堆设计工艺仿真子系统，用于存储反应堆设计过程中所有专业工艺系统的仿真模型，根据输入的反应堆的设计参数进行仿真计算，将仿真计算结果发送给设备级三维仿真子系统和核应急指挥与决策子系统，还将仿真计算过程和结果发送给3D虚拟现实环境系统进行三维显示；

所述设备级三维仿真子系统，用于存储反应堆设计过程中关键设备的设备模型，根据反应堆设计工艺仿真子系统提供的仿真计算结果，利用设备模型计算模拟出设备的关键设计参数；该关键设计参数还反馈回反应堆设计工艺仿真子系统，使得设备级三维仿真的参数实时参与设计工艺仿真计算；还将仿真计算过程和结果发送给3D虚拟现实环境系统进行三维显示；