2023年9月26日，第三届全国核反应堆热工流体力学学术年会暨中核核反应堆热工水力技术重点实验室2023年学术年会（以下简称“学术年会”）在西安曲江国际会议中心胜利召开。该学术年会是我国反应堆热工流体领域中方向设置最全、规模最大、最具影响力的学术交流盛会。在会议期间，隆重发布由中国核动力研究设计院数字实验团队和苏州同元软控信息技术有限公司（简称“同元软控”）联合研发的核反应堆统一建模与分析平台NUMAP V2.0。
△ 核反应堆统一建模与分析平台NUMAP V2.0发布现场
核反应堆统一建模与分析平台(NuclearreactorUnified Modeling and AnalysisPlatform,NUMAP)是国内首款面向核能动力领域的基于Modelica的统一建模与仿真大型平台。该平台采用MBSE和CPS的核心语言标准Modelica，在基于Modelica的多领域统一建模框架下，创新性的突破复杂热工水力系统模型表达与编译求解技术、多专业异构方程系统耦合求解等关键技术，解决了两相流偏微分方程与微分代数方程统一编译求解的国际难题，可作为核能动力装置在多专业强耦合、多层次强关联、多系统强相关等复杂条件下全系统多工况运行特性高精度仿真的有力工具，可应用于核能动力装置及相关实验装置的方案设计验证、系统集成验证、虚拟实验模拟、监测排故、操作培训、孪生运行等多个应用场景。
NUMAP V2.0 功能亮点
当前NUMAP已发展至2.0版，以压水堆全系统多专业耦合建模平台为目标定位，在1.0版的基础上，通过模型、功能、算法的大幅拓展和改进，并新增工具箱体系，形成成熟可靠的大型建模仿真平台，具备更完善的模型资源、更强大的建模支持、更高效的求解内核以及实用的建模工具箱，满足压水堆全系统多专业的稳态、瞬态和事故工况分析。
△ NUMAP V2.0 改进亮点
更强大的建模支持
NUMAP V2.0提供了强大的建模支持功能，支持基于统一模型管控的协同建模。
△ 基于知识管理系统的模型统一管控
△ 基于协同建模环境的多人协同建模
支持基于历史仿真结果的复杂系统初始化高效赋值。
△ 基于历史仿真结果的初始化
基于在线调参与继续仿真的模型快速调试。
△ 在线调参与继续仿真
基于实时数据监控的仿真结果处理与评估。
△ 仿真结果实时监控
更高效的求解内核
NUMAP V2.0提供了高效的求解内核，支持面向热工水力模型的源项封闭关系式和多环路的并行计算，大幅提升求解效率；
△ 并行计算效率测试结果
△ 大规模方程系统求解效率测试结果
支持基于初值修正的初始化算法，解决初值设置不合理导致收敛困难的问题；
支持基于模型组件的报错定位机制，对建模错误进行精准的定位和处理。
更完整的模型资源
针对稳态、正常瞬态和事故瞬态工况下大型多专业耦合系统建模需求，NUMAP V2.0提供了基于统一建模框架的较为完整的模型资源，包括热工水力、电气、仪控、机械、气动等多专业模型库以及热工安全事故分析模型库。
△ 热工水力设备模型库
△ 典型系统模型库
△基于NUMAP的运行条件下自然循环系统仿真
NUMAP V2.0融入两相临界流、液滴夹带、CCFL、再淹没等热工安全数理方程，形成具备热工安全事故分析的热工水力模型组件。
△ 临界流测试算例
△ 液滴夹带测试算例
提供面向热工水力模型的基于规范模板的引导式源项封闭关系式自定义添加功能。
△ 自定义源项关系式
实用的建模工具箱
NUMAP V2.0新增了实用的建模工具箱，作为NUMAP的拓展功能，包括燃料组件子通道热工水力分析工具箱，用于燃料组件子通道热工水力建模。
△ 燃料组件子通道热工水力分析工具箱
模型参数试验与分析工具箱，用于模型参数敏感性分析。
△ 模型参数试验与分析工具箱
接口工具箱，支持C/Fortran格式的自研程序的封装和调用，支持基于FMI标准的模型集成，支持Matlab/Simulink、CFX、Fluent等商业软件的封装和集成。
△ C外部程序调用
△ FMI标准模型集成
NUMAP V2.0 典型案例
为保证NUMAP V2.0的适用性和可靠性，在NUMAP V1.0已验证的算例基础上，开展了ACP100非能动应急堆芯冷却系统试验装置、多回路耦合自然循环系统、高加隔离后MSR汽水分离再热系统等复杂热工水力系统仿真以及核电汽轮机组、先导式隔离阀组、超临界二氧化碳再压缩布雷顿循环发电系统等复杂多专业耦合系统仿真。
ACP100非能动应急堆芯冷却系统
实验装置系统仿真
仿真对象介绍
ACP100全系统主要有6个系统级模型及其所包含的设备级模型和基础级模型，分别为一回路试验系统模型、二回路试验系统模型、余热排出试验系统模型、安全注射试验系统模型、破口模拟系统模型、安全壳压力控制和冷却试验系统模型，其中一回路冷却器模型采用C型换热器、下降环腔采用四支路考虑横向微流的水箱模型。
仿真工况
反应堆一回路系统初始压力为15MPa，温度为282℃；在流量在33.5kg/s范围内。
仿真难点
全系统主要由一回路试验系统模型、二回路试验系统模型、余热排出试验系统模型、安全注射试验系统模型、破口模拟系统模型、安全壳压力控制和冷却试验系统模型组成。组成系统组件包含水箱、换热器等多种复杂设备，组成方程系统规模庞大，在一定控制策略下实现不同瞬态工况结果，存在波动管破口、全场断电等事故工况。要求模型和求解器能实现大型系统稳态、瞬态工况切换以及特殊物理工况的实现。
△ 稳态计算结果比对
波动管破口事故工况
△ 事故进程
全厂断电事故工况
△ 事故进程
CF3燃料组件子通道
热工水力特性模拟
仿真对象介绍
反应堆堆芯由燃料组件、控制棒、堆内构件等机械结构构成，机械结构间隙形成了冷却剂流动通道，核燃料发生裂变反应产生热量后，冷却剂通过流动通道将热量带出堆芯，实现能量的传递。
仿真工况
算例一
子通道模型单独进行仿真分析；
以堆芯本体及进出口容腔为建模对象，冷却剂入口流量为***kg/s，温度为***℃，出口压力变化范围为***MPa，考察堆芯在该工况下的安全特性。
算例二
以反应堆主回路系统为对象进行建模仿真，其中反应堆堆芯加热装置为5*5燃料组件模拟体；
堆芯加热装置通过堆芯组件子通道分析软件进行建模，除堆芯外的回路系统通过反应堆一维热工水力建模分析软件EPMAS平台建模，形成的方程系统通过复杂方程系统求解算法包实现统一求解；
运行工况为反应堆主回路强迫循环与自然循环转换瞬态工况。
核电汽轮机组运行
特性模拟
仿真对象介绍
汽轮机系统由多个缸体、MSR、抽汽组件、轴封系统和主轴组成；
来自蒸汽发生器的二回路高温高压饱和蒸汽先后经过高压缸、MSR、中压缸、低压缸，将热能转化为机械能并进入凝汽器；
蒸汽流经高压缸后，干度降低，进入MSR先分离大部分水分，再被蒸汽发生器产生的部分高温蒸汽加热至过热状态，之后逐次进入中压缸和低压缸；
汽轮机单个缸体由汽室、缸体、主轴、调节级、若干静叶片和动叶片组成，结构复杂。
仿真工况
工况1：蒸汽发生器二次侧出口压力为6.5Mpa，主蒸汽流量为***kg/h。
工况2：蒸汽发生器二次侧出口压力为7.15Mpa，主蒸汽流量为*** kg/h。
仿真结果
5个典型工况下高、中、低压缸的效率、质量流速、干度、功率等关键参数的仿真稳态结果与设计数据偏差小于2%。
NUMAP V2.0 技术支持
👉 技术培训：
NUMAP团队将在公众号上提供在线版本的软件培训教程，如有现场培训需求可以联系NUMAP团队。
👉 问题答疑：
如果您在NUMAP产品的使用过程中出现任何问题，请发送邮件至：
numapsupport@163.com。
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