relap5英文手册阅读笔记

2基本规则Relap5是专门计算单相或两相流动系统的程序之一。在选择一种计算程序之前，要考虑该程序是否有能力处理和分析要解决的问题，对计算机有什么特殊要求，是否经济，以及怎样更好地使用该程序。2.1relap5的功能Relap5用于轻水热工水力系统。最初是为了计算压水堆破口失水事故而编写的，经过不断地发展，现在可用于计算许多热工水力系统的瞬态过程。如:破口失水事故、运行瞬态。可用于生产堆、实验堆和反应堆模拟器。还可以用于沸水堆。Relap5用六个非平衡、非均匀的方程模拟两流体系统。同时可模拟有棚和不凝气体存在的情况。中子动力学用点堆动力学方程。联合场方程和点堆方程可模拟反馈效应。可以模拟板材和流体间的传热过程。控制系统可以模拟设备的控制器，部件模型可以模拟核电厂配套设备〈如汽轮机、泵、冷凝器等)。2.1.2relap5主要用于计算运行和事故瞬态中流体的行为特性。计算出的流体瞬态压力原则上可用于部件的结构载荷分析〈如:水锤、汽锤)，还可以计算声波(压力波〉在管道和设备内的传播。但relap5很少用于结构分析，因此，要谨慎对待计算结果，并且尽量避免把relap5应用于这些场合，因为relap5不是计算上述问题的最佳程序。2.2热工水力分析的描述用relap5解决问题的基本步骤:(1)收集和整理描述边界条件和初始条件的详细信息。有些信息需要由专门的部门和机构提供。(2)详细描述问题并将问题节点化。需要成立专门小组来评价模型的合理性。(3)输入问题。将初始条件和边界条件输入到一个计算机文件中。(4)检查对问题的描述和输入。检查初始信息的来源是否合理，导出量的计算是否，对模型的简化是否合理。(5)运行程序，分析计算结果。2.2.1收集和整理信息Relap5的输入信息可分为四个方面:水力学、热构件、控制系统、中子动力学。水力学信息包括:(1)流动面积(2)流动长度(3)竖直取向(4)足以计算水力直径的几何条件(5)壁面粗糙度(6)计算流动损失的信息。例如:弯管几何形状、面积突扩形状、阀的几何形状、阀的额定流量、设备启动试验数据等。(7)设备初始条件(8)泵的参数热构件信息包括:(1)材料的厚度(2)材料的质量(3)管长(4)内外径(5)材料类型(6)材料的热物性随温度的变化规律。如:热导率、密度、比热等。(7)加热功率(如有热源项)(8)热源分布(9)初始温度分布控制系统信息包括:(1)控制系统方块图(2)控制系统与被控对象的关系(3)控制器特征(4)滤波器特征(5)设定值(6)增益(7)饱和限(8)滞后(9)被控设备特性(10)阀的行程速度(11)最大(最小〉泵的转速(12)最大(最小〉循环速度中子动力学信息包括:(1)初始反应性(2)照射数据(3)缓发中子份额(4)裂变产物产额(5)铜系元素产额(6)反应性特征2.2.2详细描述问题并将问题节点化将需要建立模型的系统隔离开来，明确其边界。系统的模型由若干控制体(节点〉组成。建立各个控制体的过程就是将问题节点化的过程。建好的模型应由其他人检查以确保其正确性。2.2.2.1确定系统边界2.2.2.2将模型节点化将模型划分为若干控制体，这些控制体主要是一些有入口接点和出口接点的流管。控制体由接管(junction)连接。程序计算控制体中心的平均流动特性和接点处的流动矢量特性。节点的尺寸受计算数值稳定性、运行时间、空间收敛性的影响。一般说来在结果满足空间收敛性的前提下节点的尺寸越大越好。因为节点的尺寸直接影响运行时间:节点越小，最大时间步长越小，这是为了保证数值稳定性。模型中除了流管外，还有一些静止的构件，这些构件可以储存热量，有的甚至还含有内热源。程序可以模拟这些构件与流体之间的一维热传递。模型节点的划分非常重要，因此在考虑到所研究问题的特殊性的情况下要充分借鉴前人的研究成果。结果应由检查人员认真检查。划分节点的过程与计算模型各部分参数的过程同步。因此节点划分完成后，模型各部分的参数也就己知了。2.2.3获得边界条件和初始条件2.2.3.1输入数据程序可以检查输入错误，但不能仅依靠程序本身去检查，因为许多输入是程序无法检查的。程序能够检查模型环路的高度是否封闭，即组成环路的各个部件的高度变化之和是否为零。如果不为零，将会自动加上一个虚拟的泵，泵的压头等于环路高度不封闭而产生的静压差。通过程序的初始化来检查这种不匹配。2.2.3.2系统的稳态系统的稳态计算非常重要，它是瞬态计算的基础。模型的稳态被设定为实际系统的初始工况。程序含有稳态选项，它使系统通过减少材料热容的方式很快达到设定的稳态点。2.2.4运行程序分析结果2.2.4.1运行程序运行程序时可能出现的问题:(1)出现不能被解释的错误。例如结果提示某个节点的压力或温度不符合实际或程序不收敛(converge)。这些问题有事可通过减小最大时间步长为几个时间步长来解决。(2)结果不趋同(convergent)。计算结果与前人的结果不同。2.2.4.2解释结果目的:(1)检查程序是否收敛:(2)检查是否存在非自然规律(nonphysical)的结果。(3)检查结果是否符合常理。(4)结果的每一个部分应该都能得到合理的解释。2.3relap5的基本建模元件实际系统有管道、阀门、泵和其他设备组成，类似地，relap5模型也是如此。Relap5的基本建模块可分为四类:热工水力、热构件、trips和控制变量。热工水力部件用于模拟流体通道和流体处理设备。热构件用于模拟材料块和材料块与流体之间的相互作用。Trips用于模拟各种设备的触发信号(如在特定时间开启泵:阀门在压力高于某一值时打开，低于某一值时关闭等)。控制变量用于模拟控制系统(如比例、积分、微分控制器;超前、滞后控制器〉和集总节点(lumped-node)系统。热工水力建模块:单一控制体:代表一部分流管。管型(环型):代表一段管道。内部可以有1到100个控制体，内部控制体由内部接管相连。环型:一种特殊的管型，特点与管型相同，专门用于模拟环形流动通道。分支:代表流管的接合处。最多可规定10个接管。分离器:特殊的分支。用于模拟蒸汽发生器中的汽水分离器。混合喷射器:特殊的分支。用于模拟喷射泵。透平:特殊的分支。用于模拟汽轮机。ECCMIX:单一接管:用于连接两个部件。时间相关控制体:用于指定系统模型的边界条件。时间相关接管:连接两个部件，同时指定接管边界条件。阀:一种特殊的接管部件。用于模拟六种阀。即:制止阀、触发阀、惯'性阀、马达阀、伺服阀、释放阀。泵:用于模拟离心泵。蓄压箱:用于模拟压水堆的蓄压箱，包括容器和管线。控制变量建模块:和差:对变量进行加减运算。乘:对变量进行乘法运算。除:对变量进行除法运算。求导:变量对时间求导。积分:变量对时间积分。函数:对变量定义一个表格函数关系。标准函数:对指定的变量进行以下运算(绝对值、平方根、指数、自然对数、正弦、余弦、正切、反正切、最小值、最大值)延迟:代表指定变量的时间延迟因子。单位trip:在指定时刻为真。也可以定义为互补函数。整数次幕:求变量的某一整数次幕。实数次幕:求变量的某一实数次幕。变量次幕:求变量的某一变量次幕。比例积分:定义一个比例积分控制器。滞后:定义一个滞后控制器。超前滞后:定义一个超前滞后控制器。常量:定义一个和其他控制变量一起使用的常量。轴:定义与发电机连接的轴的特性。泵控制:定义一个泵控制器(主要用于稳态分析)。蒸汽控制:定义一个蒸汽流动控制器(主要用于稳态分析)。给水控制:定义一个给水流动控制器〈主要用于稳态分析)。2.3.1热工水力组2.3.2热构件热构件用于模拟系统的结构材料。如外部包有隔热层内部镀有不锈钢的铸铁管道。也可以模拟由内热源的构件，如核燃料和电加热元件。热构件的内部可以在一个方向上划分节点，以求得内部的温度分布。程序，默认热传递方向与流动方向正交(垂直〉。2.3.3trips和控制变量Trip可以在瞬态计算时指定动作。与控制变量共同使用时可以大大扩展程序的功能。Trip可用于以下部分:时间相关控制体、时间相关接管、泵部件、阀部件、分支、蓄压箱还有描述反应堆动力学特性、热构件特性的表格。控制变量的作用可归结为三点:(1)模拟设备的控制系统(2)构造集总节点参数(3)增加热工水力系统和热构件的边界条件的维数。2.3.3.1模拟设备的控制系统2.3.3.2模拟集总节点系统2.3.3.3增强模型的边界条件2.4relap5基本建模指南2.4.1模拟系统的流动通道2.4.2模拟系统的热构件2.4.3trip和控制变量变量trip前加负号表示非。3总体规则3.1标准步骤标准步骤包括:输入准备，调试模型的输入，执行问题，输出解释。3.1.1输入准备3.1.1.1模型记录和质量保证要准备一个工作簿。其中记录建模的所有信息，包括参考资料、基本假设、计算数据等。包括最后的总的节点图。节点的编号要有规律。比如一个三回路的压水堆的第一个回路可以用100-199编号，二回路用200-299编号，三回路用300-399编号。并且要注意标号的对称性，例如120、220、320代表不同回路的同一部件。以上措施均有助于检查错误。部件号共9位，结构为xxxccoooo。以X为部件号，100-999，应避免使用1到99为部件号，这样可能会导致错误。cc为部件的内部元件号。0000为尾部零，尾部零是为了提供一种定义多维部件的方式，尽管多维部件到目前为止还没有被加入到程序中。工作簿的工作表中记录所有输入信息，记录顺序应与输入顺序形同。对任意一个部件，记录顺序为水力学数据，热构件数据，控制变量数据。对任一部件，工作簿的记录为(1)建模数据来源(例如图形、报告等)(2)假设(3)对原始数据的计算步骤(4)最终要输入的参数的值。工作簿中的信息直接用于输入计算机文件来建模，输入后将计算机文件与工作簿对照己以检查是否有错。输入后由另外的人员对整个模型的检查对保证模型的正确性是非常重要的，虽然检查过程非常枯燥和乏味。检查者应认识到这项工作的重要性，井有积极的态度。3.1.1.2输入卡的安排每行数据的开头必须有一个卡号，其后是数据列，数据之间用一个或儿个空格分隔。如果一个卡号被重复，程序将把它作为代替卡，并用最后一个卡的信息。一个完整的输入应包含注释信息。注释信息在*或$之后，系统自动把星号和美元符之后的内容当做注释内容。推荐的输入顺序为:题目，工作控制，时间步长控制，小编辑要求，trip说明，水力学部件，热构件，输入的数据表，控制变量，反应堆动力学说明。一般应按照卡号由小到大的顺序输入。3.1.1.3规则热构件号和控制变量号最好与相关的水力学控制体的部件号相同。系统正常运行时，接管的方向最好与流动方向相同。程序默认的热传递方向:由构件到流体为正，由流体到构件为负。例如，蒸汽发生器传热管的一次侧的热传递方向为负，二次侧为正。建议将热构件的左表面作为内侧，右表面作为外侧。3.1.2模型输入调试通常一个模型会产生一些错误，有的错误还会进一步引起其他错误。因此显示的错误信息一般要多于实际的错误数。一些错误让人难以理解。比较有效的方法是先改正一些比较明显的错误，然后再次运行程序。错误信息的前面有8个星号叫树林料*。因此，使用者应尽量避免使用一串星号来分隔输入文件。所有错误移除后显示((inputprocessingcompletedsuccessfully.检错过程实际上分为几个阶段。有些情况下，检查到某种错误后检查过程会自动停止，此时显示的错误是己检查过的部分出现的错误，直至这些错误被移除后检错过程才能继续，新的错误会继续被发现。因此，有时，错误并不是一直减少的。检错过程包括检查环路的高度是否封闭，如果系统任一个环路的高度差大于0.0001米，将会显示错误信息。有一个虚假的错误曾被碰到过。在输入处理结束后显示程序执行错误，算法错误或算法溢出。这通常是因为错误的对不凝气体进行说明造成的。使用者在初始条件控制字中指定了不正确的值。控制字的4、5、6字是留给有不凝气体存在的情况，如果使用了这些字而在110卡中有没有指定不凝气体，就会出现错误。3.1.3执行问题如果代