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开题报告

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2014-04-09 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《开题报告pdf》,可适用于高等教育领域

基于Modelica的二回路系统模拟摘要:随着社会的不断发展能源的需求日益增长。在世界能源短缺的今天发展核电是解决各国能源紧张的有效办法。目前世界上消耗的能源主要来自煤(占)石油和天然气(占)三大资源不仅利用率较低而且其污染对生态环境造成巨大威胁。关键词:核电站二回路Modelica模拟选题背景及意义核工业作为国家高科技战略性产业是国家安全的重要基石、重要的清洁能源供应。核电发展的历史和现状目前核电厂的发电原理是利用原子核裂变过程中释放的核能来发电。早在世纪三四十年代核技术作为战争的遏制手段获得很大发展后逐步转向民用。世界核电产业经过几十年的发展装机容量和发电量稳步提高。截至年底全世界有个国家已经建成或正在建造核电机组其中正在运行的核电机组台。我国早在世纪年代就开始建立核工业体系并经历了核电起步和核电建设两个阶段。目前形成了浙江秦山、广东大亚湾和江苏田湾三个核电基站。年底我国核电装机容量和核发电总量分别占我国电力总装机容量和发电量的和。按照国务院和有关部门提出的计划到年中国核电装机容量将达到万kW占到全国总装机容量的总发电量的。在核电技术方面国外已经发展到第三代核电技术主要代表技术有法国EPR和美国西屋的AP同时正在研究第四代核电技术。目前我国的核电均属于第二代技术。为了适应发展中国正在引进第三代技术。但考虑到安全隐患尤其是在日本福岛核电厂出现核事故的情况下中国要在安全第一的原则下慎重发展内陆核电的建设。表目前核电在各国发电量中所占比例压水堆核电站二回路系统及其模拟压水堆核电站的二回路系统简介在压水堆核电厂中二回路蒸汽动力循环系统是将一回路蒸汽发生器产生的蒸汽所携带的热能转化为电能的系统。这个系统主要包括汽轮机、发电机、冷凝器、凝结水泵、给水泵、低压加热器、高压加热器、除氧器、汽水分离再热器等设备和管道阀门部件。在核电厂二回路热力系统中蒸汽发生器的高温高压蒸汽进入汽轮机做功压力温度降低乏汽从排汽口进入冷凝器凝结成水。经过汽水分离器将水滴分离后剩余的蒸汽又进入低压汽轮机继续膨胀做功。凝结水经几级低压加热器加热后经除氧器除氧再由给水泵升压送往高压加热器最后回到蒸汽发生器。受水的临界压力的影响,蒸汽发生器产生的蒸汽一般为中压、中温饱和蒸汽压力一般在~MPa温度为~℃初始湿度一般在以下。因而蒸汽的可用焓降仅为同等级火电机组蒸汽的其蒸汽消耗量较常规电站大。因此核电站二回路与常规电站相比有下列不同:、蒸汽的参数低,流量大,故汽轮机采用高压缸与低压缸两级结构。高压缸叶片较长,内效率较高,但其出力仅占总出力的左右。低压缸排汽流量比常规电站高~,采用多缸双流来增加末级排汽面积。凝汽器也比常规电站大,需要的冷凝水量比常规电站的多一。、湿度大,蒸汽湿度引起的损失大影响汽轮机的热效率且使汽轮机叶片产生严重的腐蚀。汽轮机结构设计中采取了机内去湿及疏水措施在抽汽前面的级段中将去湿后的所有疏水引至抽汽口利用抽汽将疏水带走。、再热系统采用汽水分离再热器并采用新蒸汽和高压抽汽两级加热的形式。、利用饱和蒸汽加热除氧,充分利用蒸汽焓降,降低热力系统的热耗。、大功率机组采用半速机组,以提高汽轮机的安全水平和机组经济性。压水堆核电站二回路的主要系统:、主蒸汽系统主要功能是把蒸汽发生器产生的蒸汽输送到汽轮发电机和辅助蒸汽系统也提供余热排出的途径。其中蒸汽旁路排放系统的功能为:当反应堆功率与汽轮机负荷不一致时汽轮机旁路排放系统通过把多余的蒸汽排向冷凝器、除氧器和大气为反应堆提供一个“人为”的负荷从而避免核蒸汽供应系统(NSSS)中温度和压力超过保护阈值确保电站安全。而汽水分离再热器系统的主要功能包括除去高压缸排汽中的水分以及提高进入低压缸的蒸汽温度使之成为过热蒸汽。可以改善汽轮机低压缸的工作条件提高相对内效率以及防止湿蒸汽对汽轮机的腐蚀。、回热系统回热系统利用在汽轮机中做过部分功的抽汽对凝结水和给水进行加热减小在凝汽器放热的凝结汽流减小冷源损失同时提高了给水的温度使蒸汽动力循环工质在蒸发器的平均吸热温度升高提高核电厂的热经济性。、凝结水系统凝汽器热井到除氧器的热力系统部分。、给水系统给水泵至蒸汽发生器的热力系统部分。二回路系统建模与仿真核电二回路属于热动力系统主要有以下几个特性:①复杂性。核电站一般单机容量都很大由众多性质不同的设备组成系统十分复杂。②耦合性。核电二回路是典型的多回路多变量系统包含有众多的线性和非线性环节有强耦合性。数以千计的各种设备有机的组合在一起这些设备间紧密耦合任意一个设备、一个过程参数的变化都会带来多方面的影响。③病态性。核电二回路包含众多设备其动态特性各不相同时间常数差异巨大属于典型的病态系统。④综合性。核电二回路涉及学科门类众多具有较强的综合性。核电二回路的这些性质决定了模型的建立是一个复杂又费时的过程。建模一般包括两方面的内容:一是建立数学模型二是建立仿真模型。原则上讲人们进行仿真试验都需要建立这两种模型:数学模型反映设备的实际物理规律仿真模型是离散化的、能够供计算机识别和执行的数学模型。数学模型的建立:一是写出反映系统运动规律或特性的变量间的关系式二是为这些关系式提供必要的数据。仿真算法的选择:对于不同的系统、不同的仿真目的所选择的算法可能是不同的即使是对相同的系统仿真任务不同时也有可能选择不同的算法。故仿真算法的选择应根据实际情况而定。一般说来有下面几条考虑原则:精度问题计算速度问题数值解稳定性问题。核电二回路建模对象包括了二回路所有在正常运行情况下均参加工作的设备。所建立的主要模型有:汽轮机本体、凝汽器、汽水分离器、除氧器、高低压加热器、水泵阀门、管道等。核电机组的二回路由于涉及非平衡两相传热问题进行全范围的仿真极为复杂。美国爱达华国家工程实验室开发的RELAP芬兰技术研究中心开发的APROS美国ABB公司研发的流体网络模型软件GTRAN法国汤姆森公司研发的流体网络FLOWNET和德国西门子公司开发的NLOOP软件等广泛应用于工程设计以及核反应堆运行、安全分析。但是并非专门为核电站二回路开发准确性与可靠性有待考察。Modelica的介绍与应用背景Modelica语言是为解决多领域物理系统的统一建模与协同仿真在归纳和统一先前多种建模语言的基础上于年提出的一种基于方程的陈述式建模语言。Modelica语言采用数学方程描述不同领域子系统的物理规律和现象根据物理系统的拓扑结构基于语言内在的组件连接机制实现模型构成和多领域集成通过求解微分代数方程系统实现仿真运行。该语言可以为任何能够用微分方程或代数方程描述的问题实现建模和仿真。Modelica类:类是Modelica语言的基本结构元素是构成Modelica模型的基本单元。类可以包含三种类型的成员:变量、方程和成员类。变量表示类的属性通常代表某个物理量。方程指定类的行为表达变量之间的数值约束关系。方程的求解方向在方程声明时是未指定的方程与来自其它类的方程的交互方式决定了整个仿真模型的求解过程。类也可以作为其它类的成员。类的成员可以直接定义也可以通过继承从基类中获得。Modelica类概念是一般类和特定类的统称。特定类具有特殊用途在语法规范上有一定的限制。使用特定类是为了使Modelica模型代码便于阅读和维护。一般类由关键字class修饰特定类由特定的关键字修饰如model、connector、record、block和type等。特定类只不过是一般类概念的特殊化形式在模型中特定类关键字可以被一般类关键字class替代而不会改变模型的行为。特定类关键字model、connector、record、block和type也可以在适当条件下替代一般类关键字class只要二者在语义上等价。组件连接机制:Modelica语言提供了功能强大的软件组件模型其具有与硬件组件系统同等的灵活性和重用性。Modelica的软件组件模型主要包含三个概念:组件、连接机制和组件构架。组件通过连接机制进行交互连接。组件构架实现组件和连接确保由连接维持的约束和通讯工作稳定可靠。在Modelica语言中组件的接口称作连接器建立在组件连接器上的耦合关系称作连接。如果连接表达的是因果耦合关系则称其为因果连接。如果连接表达的是非因果耦合关系则称其为非因果连接。模型类必须有明确的接口即连接器用于实现组件与外界的通讯。模型类应该定义为是环境无关的此举是组件可重用的关键所在。这意味着在类定义中只能包含方程只使用局部变量与连接器变量并要求组件与外界的通讯必须通过组件连接器。组件可以由其它相互连接的组件构成也就是层次建模。目前基于Modelica语言的支持多领域系统建模与仿真的比较成熟的商用建模仿真工具有两个:Dymola和MathModelica。MWorks体系结构如图:国内许多高校和研究所也已经开始利用Modelica开展建模、仿真方面的研究工作。上海交通大学机械与动力工程学院借助于Modelica编制燃气涡轮、双轴燃气轮机的仿真模型建立了可扩展的燃气涡轮程序库,搭建单轴燃气涡轮发动机模型得到合理的仿真结果华北电力大学的杨奇逊米增强,赵洪山等人采用混杂系统建模理论利用Modelica开发了面向对象的、模型代码完全开放的混杂电力系统模型库HybPowLib并通过一些算例利用HybPowLib中的模型仿真分析了电力系统离散事件与连续动态相互作用相互影响的混杂动态行为得到了较好的仿真结果。华中科技大学国家CAD支撑软件工程技术研究中心目前正在研究开发一个基于Modelica语言的多领域物理系统统一建模与仿真平台MWorks已在核心技术研究和系统开发方面取得了若干成果。课题的任务、重要内容和解决方案课题的任务及要求、方案论证可行,工况点的设计合理、二回路系统的选择合理、回路系统的流程组织合理、二回路系统的设备确定合理、二回路系统的模拟合理。课题的重要内容及方案压水堆核电站二回路系统热力计算:查阅相关的文献及资料设计合理的热力循环选择合适的工况点。作图并进行热力计算得到一个完整二回路系统循环的各节点的热力学参数。一般蒸汽的热力循环会包括再热和回热。初步确定计算大亚湾MW压水堆核电站系统且蒸汽循环的过程中拟定质量不变即循环中无泄漏发生只存在能量的变化。大亚湾核电站二回路热力系统图二回路系统的选择确定:选择组建完整二回路系统的所需部件明确各部件的作用确定系统的完整且合理。初步选择核电二回路系统要包括:蒸汽发生器、汽轮机、凝汽器、汽水分离器、除氧器、高低压加热器、给水泵阀门、管道等二回路系统的流程组织:明确循环经历哪些过程及蒸汽经历的热力参数的变化。主要的热力参数包括温度、压力、比焓等。整理并画出流程简图。二回路系统的设备确定:根据初步选定计算大亚湾MW压水堆核电站系统的二回路系统查阅资料得到各设备的参数。特别是在额定工况下的运行参数。基于Modelica的二回路系统模拟:学习并掌握Modelica语言在MWorks平台上进行二回路的模拟和仿真。以核电站二回路热力系统为对象将系统按照设备的层次、功能进行分类形成单元模块包括:蒸汽发生器模块、再热器模块、汽轮机模块、凝汽器模块、回热抽汽模块、回热加热模块、给水泵模块等。每个具体的模块只考虑其进口和出口的状态参数而不考虑蒸汽在内部的流动过程和状态。阀门根据其阈值二维化。最终得到二回路循环过程在MWorks平台的模拟检验其仿真后的误差大小得到结论。课题研究进展计划周查阅资料综述文献。熟悉MWORKS平台进行方案论证。完成开题报告、文献翻译和二回路系统的热力计算。周二回路系统的选择与流程组织的确定周二回路系统的设备确定周二回路系统的模拟论文初稿周论文撰写、答辩主要参考文献史瑛杰压水堆核电站的建模控制与仿真软件开发D上海交通大学,年周全之世界核电的发展及展望J大众用电,,():吴存真,肖杰,屠传经压水堆核电站二回路蒸汽循环及其改进J核动力工程,,倪维斗,徐向东等热动力系统建模与控制的若干问题M科学出版社,,刘东勇核电二次回路系统建模与仿真研究D重庆大学,赵建军,丁建完,周凡利等Modelica语言及其多领域统一建模与仿真机理JJ系统仿真学报,,():丁建完,陈立平,周凡利等复杂陈述式仿真模型的相容性分析J软件学报,,():丁建完,陈立平,周凡利等陈述式基于方程仿真模型的约简J计算机辅助设计与图形学学报,,():吴义忠,刘敏,陈立平多领域物理系统混合建模平台开发J计算机辅助设计与图形学学报,,():MW压水堆核电站系统与设备M原子能出版社,

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