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RELAP5/MOD3.2程序简介内容简介•1、历史•2、功能•3、基本数学模型及基本建模单元•4、软件使用方法•5、编程过程•6、调试、纠错1、历史•1966年RELAPSE（ReactorLeakandPowerSafetyExcursion）•1968年RELAP2（ReactorExcursionandLeakAnalysisProgram）•1971年RELAP3(同上）•1975年RELAP4•1980年RELAP4/MOD7•1995年RELAP5/MOD2、RELAP5/MOD3.2•1997年SCDAP/RELAP5/MOD3.2•2002年RELAP5/MOD3.3•2003年RELAP5-3D（Revision2.2）•2005年RELAP5-3D（Revision2.3）•至今：大型计算程序间的耦合研究RELAP5计算模型方法和实时性研究1、历史2、功能•RELAP5是Idaho国家工程实验室（INEL）为核管会（NRC）开发的轻水堆瞬态分析程序，现已经成为核电厂分析器的基础。功能规程制定审评计算对事故减缓措施的评价操作员规程的评价实验计划的分析•该计算软件和RETRAN几乎可以覆盖轻水堆核电厂所有热工水力瞬变和事故谱。RELAP5功能破口（LOCAs）失流（LOFT）TransientScenariosATWS给水丧失失去厂外电源全厂断电汽轮机跳闸……2、功能3、基本数学模型及基本建模单元•RELAP5/MOD3.2编码说明文件共分七卷：第一卷：描述模型理论和相应的数值计算方法；第二卷：详述代码的运用和输入数据准备；第三卷：介绍评价该软件的实例，检验该模型；第四卷：详细讨论RELAP5模型和关系式；第五卷：介绍过去几年内发展状况，提供指导；第六卷：介绍数值方法如何应用在RELAP5中；第七卷：介绍独立的评估计算结果。3.1.1水力学模型（hydrodynamicmodels）包括：场方程，状态关系式，基本组成模型，特殊过程模型，组件模型等。下面将描述各个模型的具体内容和特点。3、基本数学模型及基本建模单元3.1数学模型3.1.1水力学模型——场方程场方程基本微分方程连续性方程、动量守恒方程、能量守恒方程、蒸汽产生方程、耗散项方程不凝气体方程流场中硼浓度计算方程微分方程简化处理分层流快速半隐式数值处理方法体平均速度计算水力－热构件耦合方程硼输运方程数值处理21()()()2()()()[]gggggggggxgggggiggfgfgggfgfmfgVVpAAABAAFWGVAVVtxxVVVVAFIGVVCAVVtxx21()()2()()()()[]fffffffffxffffgfggfiffffgfgmgfVVpAAABAAFWGVtxxVVVVAVVAFIGVVCAVVtxx()1()ggggggVAtAx()1()ffffffVAtAx*1()()()ggggggggggwgigiggwggpUUVApVAtAxtAxQQhhDISS*1()()()ffffffffffwfifigfwffpUUVApVAtAxtAxQQhhDISS质量守恒动量守恒能量守恒3.1.1水力学模型——状态关系式状态关系式状态方程单组分，两相混合物计算方法多组分，两相混合物计算方法•在上面三大守恒方程中采用五个独立变量，它们是P、ag、Ug、Uf,和xn。其余的热力学变量(温度、密度、局部压力、含汽量等)则可用这几个独立变量的函数来表示。为使方程线性化，除这些变量外,还需要一些状态变量，表现为状态关系式，用以确定状态参数。例如：•通过确定流型和选择合适的流动关系式，获得界面曳力、剪切力、虚拟质量系数、壁面摩擦力，通过定义合适的传热机理确定壁面传热系数，虚拟质量则通过空泡份额的计算公式进行推算。•RELAP5/MOD2中所有的组成关系式使用时均选择控制体中心为计算点；接管相关参数，也是以接管周围的控制体中心参数进行估算的。•组成模型几乎涵盖两相流所有经试验验证的模型。•如下图所示。3.1.1水力学模型——基本组成模型基本组成模型垂直管流型图水平管流型图混合流型图(泵)ECC混合流型图交汇处流型图界面摩擦力漂移流界面曳力系数微分动量方程弥散流弹状流环状流垂直分层流水平分层流反转流虚拟质量系数壁面摩擦力壁面传热系数模型壁面传热系数关系式界面质量传递直接加热3.1.1水力学模型——特殊过程模型特殊过程模型壅塞流模型水平组件分层夹带模型截面突变交叉流WaterPackingMitigationScheme用户自定义逆流限制模型混合水位跟踪模型3.1.1水力学模型——组件模型组件模型分支（Branch）分离器（Separator）喷射器（JetMixer）泵（Pump）汽轮机（Turbine）阀（Valves）安注箱（Accumulator）应急堆芯冷却器（ECCMixer）环路（Annulus）3.1.2热构件模型•热构件用于模拟计算固体材料与水力学控制体之间的传热量，用于模拟核燃料、电加热板、蒸汽发生器U形管、压力容器壁、堆内构件等，它可以是矩形、柱形或球形；建模时，热构件排列方向与流体流动方向一致，每个热构件有左右两个边界，热构件的每一个边界最多能连接一个水力学控制体，而同一个水力学控制体可以连接多个热构件。•下表为具体热构件模型。热传导数值方法热构件模型网点和热物性分布以及微分近似边界上微分方程的近似确定具体边界条件求解联立方程2-D热传导再淹没模型最佳划分网孔方法气隙传热模型“面－面”辐射模型“金属－水”反应模型包层变形模型计算热流量3.1.2热构件模型3.1.3TRIPSYSTEM•Trips为各种系统部件的动作提供触发信号，例如使阀门在某一时刻打开，使泵在某时刻断电，设置某些故障等。一般地，Trip的值是True或False两种，并且在程序运行的每一个时刻，Trip的值都会由专门测试程序的检测结果来确定。主要使用的逻辑符号有＝、、、≥、≤、≠等。•RELAP5程序的Trips有两种基本的类型：变量Trip和逻辑Trip。变量Trip用来比较一个计算参数与另一个参数(或常数)，从而确定Trip的值；逻辑Trip是由其他Trip相结合成的新Trip，确定其值。通过使用变量Trip和逻辑Trip，从而确定复杂的逻辑关系。•利用控制系统所列变量可以求解代数方程和一般的微分方程,处理各种参数之间的关系，执行数学和逻辑运算等。控制变量有三种基本的功能：•(1)模拟各种设备的控制系统。RELAP5程序的控制变量部件允许使用者模拟现实系统中不存在的虚拟设备部件。例如采用滞后部件、超前滞后部件、比例积分部件和微分部件来模拟一个普通功能的控制器。•(2)模拟“集中－节点”系统。例如：安全壳、安注箱、流动系统和均衡设备部件等拥有多参数的系统。RELAP5程序可以用控制变量组合成不同的控制逻辑来模拟特定部件的行为，结合这些控制逻辑和简单的函数关系就可以用来模拟基本的热工水力模型和“集中－节点”模型之间的相互作用。•(3)还可模拟热工水力学部件和热构件的边界条件。3.1.4控制系统部件标识功能和－差(Sum-Difference)SUM允许变量进行加或减乘(Multiplier)MULT允许变量进行乘法除(Divide)DIV允许两个变量进行除法微分(Differentiating)DIFFRENIorDIFFREND允许变量对时间进行微分积分(Integrating)INTEGRAL允许变量对时间进行积分函数(Function)FUNCTION以查表或线性内插方法给出变量函数标准函数(StandardFunction)STDFNCTN对指定的变量进行绝对值、平方根、幂、自然对数、正弦、余弦、正切、反正切、最大值、最小值延迟(Delay)DELAY对指定的变量进行时间的延迟运算单位TripTRIPUNIT在某指定时间变为Ture(当Ture=给定因子,当False=0);也可定义为补充函数Trip延迟TRIPDLAY在某一指定时间变为Ture(whentrue=trip，timexfactor,whenfalse=-1)整数幂POWERI对变量进行整数I次幂运算实数幂POWERR对变量进行实数R次幂运算变量幂POWERX对变量进行实变数V次幂运算比例积分PROP-INT定义一个比例积分控制器滞后LAG定义一个滞后控制函数超前滞后LEAD-LAG定义超前滞后控制函数常数None定义一个被用作其它变量的常数值传动轴SHAFT定义与发电机连接的传动轴特性泵控制PUMPCTL定义泵控制器(用于稳态分析)蒸汽控制STEAMCTL定义蒸汽流动控制器(用于稳态分析)给水控制FEEDCTL定义给水流动控制器(用于稳态分析)•点堆反应堆动力学方程：•裂变产物衰变模型•锕类核素衰变模型•方程简化方法•反应性反馈•反应堆动力学数值方法3.1.5点堆动力学模型3.2基本建模单元基本建模单元热工水力组件控制变量热构件Trips部件标识图示主要用途单一控制体(Single-volume)SNGLVOL表示一部分不需要管或分支的流管管子或环路(Pipeorannulus)PIPE模拟管道(1~100),内含接管ANNULUS模拟环行流道分支(Branch)BRANCH表流管的接合处，最多十个交叉点SEPARATR分支的特殊形式，模拟SG的汽水分离器JETMIXER分支的特殊形式，模拟喷射泵TURBINE分支的特殊形式，模拟汽轮机ECCMIX分支的特殊形式，模拟具有很大浓缩率的流管结合处单一接管(Single-junction)SNGLJUN连接两个部件多接管(Multiple-junction)MTPLJUN连接部件，允许100个以上的结合点时间相关控制体(Time-dependentvolume)TMDPVOL规定系统模型的边界条件时间相关接管(Time-dependentjunction)TMDPJUN连接两个部件同时规定接管的边界条件阀(Valve)VALVE模拟止回阀、触发阀、惯性阀、马达阀、伺服阀和释放阀及其动作，阀门是一种特殊的接管泵(Pump)PUNP模拟离心泵和其动作安注箱(Accumulator)ACCUM模拟PWR安注箱，包括容器和波动管4、软件使用方法4.1Relap5/MOD3.2输出文件和再启动文件•运行i文件，会得到一个输出文件和一个再启动文件，其后缀名分别为“.o”和“.r”。•输出文件（o文件）数据：输入文件的数据卡、系统运行后各个部件的参数变化信息和诊断信息以及再启动号码。•再启动文件（r文件）数据：瞬态计算的所有参数，用于提取数据和作图。r文件是需要及时保存的重要文件，必须确保其完整性。稳态运行Relap5/MOD3.2•安装过程：进入“relap53.4——MOD34DEMO——RELAP5——InstallRELAP5.bat(双击该文件，按照提示进行操作)”，再将目录relap53.4下面的“RunRELAPSCDAPSIM”复制到程序安装后的目录下面即可。4.2Relap5/MOD3.4DEMO•操作过程:双击“RunRELAPSCDAPSIM”图标，30绘图31提取数据5、编程过程——所有流动面积；——所有流动长度；——所有垂直方位角；——足够的几何参数以计算水力直径；——壁面粗糙度；——足够的信息以确定流动损失；——初始条件；——泵特性。5.1收集和组织信息5.1.1水力学——材料厚度；——材料质量；——管子长度；——内外径；——材料类型；——材料物性（温度的函数），如：热导率，密度，比热等；——加热功率（有热源）；——热源位置；——初始温度分布。5.1.2热构件5.1收集和组织信息5.1收集和组织信息5