🗊Презентация Компьютерное моделирование работы ядерного реактора

Авторы проекта : Ондасынов Арнат , Майлыбаева Мира Школа : Областная специализированная школа-интернат для одаренных детей с углубленным изучением различных предметов Секция : Информатика

Цель исследования : Создание компьютерной программы, позволяющей моделировать изменение параметров работы ядерного реактора и управлять им.

Гипотеза: Если создать компьютерную программу, моделирующую параметры работы ядерного реактора, то появится возможность экспериментирования по изменению этих параметров в затрудненных финансовых и физических условиях, так как компьютерные модели проще и удобнее в использовании на производстве. Новизна научной работы: В настоящее время в Казахстане практически отсутствуют отечественные разработки в области управления ядерными реакторами.

Атомная электростанция (АЭС) – ядерная установка для производства энергии в заданных режимах и условиях применения, располагающаяся в пределах определённой проектом территории, на которой для осуществления этой цели используются ядерный реактор (реакторы) и комплекс необходимых систем, устройств, оборудования и сооружений с необходимыми работниками (персоналом). Атомная электростанция (АЭС) – ядерная установка для производства энергии в заданных режимах и условиях применения, располагающаяся в пределах определённой проектом территории, на которой для осуществления этой цели используются ядерный реактор (реакторы) и комплекс необходимых систем, устройств, оборудования и сооружений с необходимыми работниками (персоналом).

Ядерный реактор – это устройство, предназначенное для организации управляемой самоподдерживающейся цепной реакции деления, которая всегда сопровождается выделением энергии (1 МВт на 3·1016 актов деления в секунду). Схематическое устройство гетерогенного реактора на тепловых нейтронах 1-Управляющий стержень; 2- Радиационная защита; 3-Теплоизоляция; 4- Замедлитель; 5- Ядерное топливо; 6- Теплоноситель

Компьютерная модель включает в себя модель ядерного реактора с автоматическим управлением и контролем параметров реакции. Разработка программы выполнена в среде разработки Microsoft Visual C++ 6.0. В программе обеспечена возможность подачи команд оператором и моделирования нештатных ситуаций. Программа создана для работы под управлением операционной системы Windows.

Оперативно реагировать на изменения условий протекания реакции путем выработки необходимых корректирующих воздействий ; Гарантировать поддержание всех важных параметров в допустимых пределах; При выходе параметров за пределы нормального диапазона попытаться восстановить нормальный режим работы; Если параметры работы реактора таковы, что ситуация не может быть исправлена, производить экстренную остановку реактора; В критических ситуациях управления на себя должен брать блок защиты системы.

Описание логики управления Описание логики управления

Автомат управления теплоносителем (A1) Автомат управления теплоносителем (A1) Как следует из названия, этот автомат управляет теплоносителем. Для этого он использует информацию о температуре и, частично, о количестве нейтронов. Логика этого автомата имеет схожую структуру с логикой автомата А2, управляющего стержнями. В качестве выходных воздействий в автомате используются функции «увеличить скорость теплоносителя» и «уменьшить скорость теплоносителя». Автомат управления стержнями (A2) Этот автомат управляет стержнями. Для этого он использует информацию о количестве нейтронов и о температуре. Логика этого автомата имеет схожую структуру с логикой автомата А1. В качестве выходных воздействий в автомате используются функции «увеличить глубину погружения стержней» и «уменьшить глубину погружения стержней». Автомат управления запуском (A3) Этот автомат вызывается из автомата A0, когда его состояние соответствует запуску реактора. Автомат A3 отвечает за действия, связанные с запуском реактора: он ничего не делает до тех пор, пока не будет произведена предпусковая инициализация ретьих (не рассматриваемых в работе) систем (долговременные операции, такие как, разогрев труб). После этого автомат обеспечивает начальный разгон теплоносителя до определенной скорости с тем, чтобы автомат A0 мог перейти в состояние «Работа». Автомат управления остановом (A4) Этот автомат получает управление от автомата A0 в состоянии штатного останова реактора, которое происходит в случае нажатия оператором специальной кнопки на панели управления. Логика управления достаточно проста: сначала производится опускание стержней до максимума, затем реактор охлаждается (для этого теплоноситель разгоняется), а потом производится торможение теплоносителя. Автомат аварийного управления остановом (A5) Этот автомат, также как и автомат A4, управляет остановом, однако разница в том, что здесь останов экстренный. При первой передаче управления этому автомату включается аварийный звуковой сигнал. После этого автомат производит экстренные действия, связанные с быстрой нейтрализацией последствий факторов, вызвавших аварийную ситуацию.

В результате работы мы достигли своей цели и подтвердили гипотезу изложенные в абстракте. В результате работы мы достигли своей цели и подтвердили гипотезу изложенные в абстракте. В виду недоступности некоторых технических характеристик ядерного реактора описанной в работе, модель получилась приближенная. Однако при наличии точных данных модель легко усовершенствовать. Результаты работы можно использовать в обучении школьников и студентов, связанных с решением задач атомной энергетики. Учитывая все вышесказанное, мы можем сделать следующие выводы: Компьютерное моделирование позволяет проводить эксперименты, реализация которых в реальности дорогостояще, длительно, труднодоступна. Полученные результаты позволяют с полной уверенностью утверждать, что в Казахстане возможна разработка программного обеспечения для управления ядерными реакторами. Поскольку большинство данных по атомной технике относится к государственной или военной тайне, компьютерная модель получилась приближенной. Данная работа может быть продолжена и улучшена при наличии точных данных и перерасти в серьезную исследовательскую работу, и служит для развития атомной энергетики Казахстана.

    / / NUKE_DATA..h   / /   #ifnder NUKE_DATA_H_ #define NUKE_DATA_H_   #include “nuke_common.h”   const double SECONDS_IN_TICK = 1e-6;   / / шаг извлечения/погружения стержней [ проценты ] const double PIVOT_H_H = 0.2;   / / начальная глубина погружения стержней [ проценты ] const double INITIAL_PIVOT_H = 100;   / / начальная скорость циркуляция теплоносителя [ проценты ] const double INITIAL_HEAT_CARRIER _V = 1;   const double HEAT_ CARRIER _V_STEP = 5.0;   const double CALULATE_TICKS = 0.1; / / на столько увеличивается время при расчете   / / const double smallest_time_tick == 1;   class Nuke_model;   / / - [ структура данных для обмена между модулям] struct Nuke_data { friend class Nuke_model; / / модели должны быть доступны любые изменения параметров private: timetype _time; / / текущее время реактора (модели) / / Сделаны графики double _h; / / глубина погружения стержней, в процентах (0-100) double _k; / / коэфицент размножения (примерно равен 1) double _v; / / скорость обращения теплоносителя, в процентах (0-100) double _n; / / число вылетающих нейтронов, в процентах (0-100) double _Thc; / / температура теплоночителя, в процентах (0-100) / / Не сделаны графики double _Twa; / / температура рабочей зоны double _ N; / / тепловая мощность double _P; / / полезная мощность (электрическая) / / смещения для основных параметров double _dtime; / / смещения по времени (вперед/назад) double _dh; / / смещения глубины погружения (напр. стержень сломался) double _dk; / / смещения к-та размножения (напр. дырка в реактора) double _dv; / / смещения скорости теплонос (затор в трубах) double _dn; / / изменения числа нейтронов (доп. источник) double _dTwa; / / изменения темп. акт. Зоны (нарушен теплооток) double _dThc; / / изменения темп. Теплоносителя (нарушен теплопоток) public; / / constructor inline Nuke _data (); / / getters inline timetype time () const; inline double h () const; inline double k() const; inline double v() const; inline double n() const; inline double Thc() const; inline double Twa() const; inline double N() const; inline double P() const; / / setters: будут реализованы лишь примитивные сеттеры, не требющие сложных расчетов.Все нетривиальные, а также зависимые от выбранной модели расчеты будут производиться в Nuke_model / / / / protected:

    / / main parameters inline vold inc_time (timetype dt); / / инкрементировать время на dt   inline void inc_h( ); / / инкрементировать h – “погрузить стержни” на величину inline void dec_h( ) / / инкрементировать h – “выдвинуть стержни” на величину   inline void set_v(double v); / / установить скорость циркуляция теплоносителя inline void inc_v(); / / инкрементировать v inline void dec_v(); / / инкрементировать v   inline void set_Twa(double Twa); / / additional parameters   inline void set_dtime(double dtime); / / установить смещение параметра inline void set_dh(double dh); / / установить смещение параметра inline void set_dk(double dk); / / установить смещение параметра inline void set_dv(double dv); / / установить смещение параметра inline void set_dn(double dn); / / установить смещение параметра inline void set_dTwa(double dTwa); / / установить смещение параметра inline void set_dThc(double dThc); / / установить смещение параметра   / / inline void set_P(double P); задать уровень полезной мощности   / / inline void set_k(double); / / inline void set_n(double); / / inline void set_Twc(double); / / inline void set_Twa(double); / / inline void set_N(double); };   struct Csystem_data; struct Useriface_data;   / / - [ структура только для чтения – возраст / / struct Readonly_data : public Nuke_data / / { / / );   / / - [ структура данных для блока управления ЯР / / доступны изменения: / / инкрементировать h – “ погрузить стержни ” на величину / / декрементировать h – “ выдвинуть стержни ” на величину / / установить скорость циркуляции теплоносителя struct Csystem_data : public Nuke_data { public: Csystem_data(const Nuke_data& data) : Nuke_data(data) {}   inline void cd_inc_h() { ibc_h(); } inline void cd_dec_h() { dec_h(); } inline void cd_set_v(double v) { set_v(v); } inline void cd_inc_v() { inc_v(); } inline void cd_dec_v() { dec_v(); } };   / / - [ структура данных для интерфейса пользователя / / доступны изменения; / / инкрементировать h – “погрузить стержни” на величину / / установить скорость циркуляции теплоносителя struct Useriface_data : public Nuke_data { public: Useriface_data(const Nuke_data& data) : Nuke_data(data) {}   inline void ud_inc_h() { ibc_h(); } inline void ud_dec_h() { dec_h(); } inline void ud_set_v(double v) { set_v(v); }   inline void ud_set_dtime(double dtime); { set_dtime(dtime); } inline void ud_set_dh(double dh); {set_dh(dh);} inline void ud_set_dk(double dk); {set_dk(dk);} inline void ud_set_dv(double dv); {set_dv(dv);} inline void ud_set_dn(double dn); {set_dn(dn);} inline void ud_set_dTwa(double Twa); {set_dTwa(dTwa);} inline void ud_set_dThc(double dThc); {set_ dThc (dThc);}

inline void ud_set_Twa(double Twa); {set_ Twa (Twa);} inline void ud_set_Twa(double Twa); {set_ Twa (Twa);}   / / inline void ud_set_P(double P) { set_P(P);}     / / -------------------------------------------------- INLINES --------------------------------------------------------- / / -------------------------------------------------- Nuke_data --------------------------------------------------------   inline Nuke_data: : Nuke_data() : _time(0), / / начальная момент времени - 0 _h (INITIAL_PIVOT_H), / / стержни погружены на 100% _v(INITIAL_HEAT_CARRUER_V), / / теплоноситель циркулирует со скоростью 50% максимальной _n(0), / / поток нейтронов (?) _Thc(300), / / теппература рабочей зоны (?) _Twa(300 ), / / температура робочей зоны (?) _N(0), / / тепловая мощность (?) _P(0), / / полезная мощность (?) _dtime(0), / / смещение по времени (вперед/назад) _dh(0), / / смещение глубины погружения (напр. стержень сломался) _dk(0), / / смещение к-та размножения (напр. дырка в реакторе) _dk(0), / / смещение скорости теплонос (затор в трубах) _dv(0), / / изменения числа нейтронов (доп. источник) _dTwa(0), / / изменения тепм. акт. зоны (нарушен теплооток) _dThc(0), / / изменения тепм. теплоносителя (нарушен теплооток) { }   / / getters inline timetype Nuke_data: : time( ) const {return _time + _dtime; } inline double Nuke_data: : h () const { return _h + _dh; } inline double Nuke_data: : k () const { return _k + _dk; } inline double Nuke_data: : v () const { return _v + _dv; } inline double Nuke_data: : n () const { return _n + _dn; } inline double Nuke_data: : Thc () const { return _Thc + _dThc; } inline double Nuke_data: : Twa () const { return _Twa + _dTwa; } inline double Nuke_data: : N () const { return _N; } inline double Nuke_data: : P () const { return _P; }   / / some getters   inline void Nuke_data: :inc_time( timetype dt) ( _time += dt; )   inline void Nuke_data: :inc_h() { _h = ( (_h<100) ? _h + PIVOT_H_STEP : 100); } inline void Nuke_data: :dec_h() { _h = ( (_h>0) ? _h - PIVOT_H_STEP : 0); }   inline void Nuke_data: :set_v(double v) { _v = v; } inline void Nuke_data: :inc_v() { _v = ( (_v<100) ? _v + HEAT_CARRIER _V_STEP:100);} inline void Nuke_data: :dec_v() { _v = ( (_v>1) ? _v - HEAT_CARRIER _V_STEP:1);}   / / additional setters inline void Nuke_data: :set_dtime(double dtime) { _dtime = dtime; } inline void Nuke_data: :set_dh(double dh) { _dh = dh; } inline void Nuke_data: :set_dk(double dk) { _dh = dh; } inline void Nuke_data: :set_dv(double dv) { _dh = dh; } inline void Nuke_data: :set_dn(double dn) { _dh = dh; } inline void Nuke_data: :set_dTwa(double dTwa) { _dTwa = dTwa ;} inline void Nuke_data: :set_dThc (double dThc) { _dThc = dThc;}   inline void Nuke_data: :set_Twa(double Twa) { _Twa = Twa;}   / / inline void Nuke_data: : set_p(double P) { _P = P; }   #endif / / NUKE_DATA_H_