核电的快速发展,对核动力装置的安全性和经济性提出了更高的要求。仿真在核电领域发挥着越来越重要的作用,它广泛地应用于反应堆设计安全分析、独立安全评价、先进主控室设计验证、事故缓解措施、操纵员培训以及教学等方面的研究,有效地提高了核动力装置的安全性和经济性。为此,本文基于受到国际认可和广泛使用的反应堆热工水力估算程序,扩展其二回路系统模型,并与可视化的人机交互界面有机集成,自主研究和开发了核动力装置仿真评价平台NPPSEP(Nuclear Power Plant Simulation Estimate Platform),并用于相关领域研究。二回路蒸汽系统作为核动力装置实时、全范围、全功能仿真研究工作的重要组成部分,与反应堆一回路系统具有很大的耦合性,在分析系统运行安全性时须考虑二回路系统动态过程对反应堆的影响。尤其对船用核动力装置而言,受船体空间布置的局限及海洋机动条件下负荷剧烈变化的影响,核动力系统的安全与二回路热力系统运行状态的关系更为密切。而NPPSEP的反应堆热工水力程序选用了国际认可的最佳估算程序RELAP5,该程序原开发目的主要应用于反应堆一回路瞬态仿真计算,因此建立能够准确反映系统动态运行特性的汽轮机和冷凝器模型成为本文工作的主要组成部分之一。开发的汽轮机模型是基于级内蒸汽的流动和做功特点,充分考虑了汽轮机结构参数以及核汽轮机湿蒸汽流的非平衡两相凝结而形成的凝结冲波现象的影响。同时根据冷凝器的结构和换热特点,建立一个在凝汽式汽轮发电机组中被广泛应用的单压表面式水冷冷凝器的动态数学模型。RELAP5与新模型的耦合是NPPSEP开发的另一主要组成部分,本文对RELAP5程序进行多项改造包括新模型输入文件的格式制定和读入、程序间的耦合以及计算结果的动态输出,完成了 RELAP5二回路系统模型的扩展。程序改造工作的验证结果表明:改造后的RELAP5能够实现核动力装置一、二回路的仿真计算,改造工作对RELAP5程序的核心数学模型没有影响。可视化的人机交互界面是NPPSEP的第三个主要组成部分,为用户提供图形化的系统建模、窗口式的数据输入以及参数的动态交互。NPPSEP可视化人机界面采用MVC(Model-View-Controller)设计模式进行设计,利用开源的对象数据库db4o、矢量图形编辑控件VectorControl.Net3.0 SDK和定制控件结合图形设备接口 + GDI+(Graphics Device Interface Plus)技术,在.Net3.5框架上应用C#语言进行开发。用户可通过平台界面提供的绘图工具和图形部件库建立核动力装置系统仿真节点图,并利用各部件的参数输入窗口进行参数输入,忽略了 RELAP5输入文件的复杂编写规则,从而高效、准确的生成仿真对象的输入卡,以被RELAP5程序调用进行瞬态计算。瞬态计算过程中,用户可动态的对程序进行输入控制,同时程序以动态曲线的形式将用户定义的进行显示。NPPSEP利用工程管理SVG图元文件、数据文件和输入文件,满足多人分工和可间断性操作,支持工作的保存和复用。基于上述平台开发的功能,本文利用NPPSEP以一体化压水堆IP200概念设计方案为对象对其进行如下应用研究:在双恒定运行方案(主冷却剂平均温度不变和蒸汽压力不变)快速变负荷工况下,IP200 一、二回路系统动态特性的仿真;满负荷运行状态下动态的插入事故工况的仿真。研究表明,NPPSEP在研究领域和工程领域可以发挥重要作用。本文自主改造国际认可的反应堆最佳估算程序RELAP5,并对其二回路系统模型进行扩展,开创性的在RELAP5程序内部建立耦合接口实现与其它程序的耦合,为RELAP5其它系统设备的模块化提供理论基础,以实现RELAP5的快速建模。同时与开发的可视化的人机交互界面有机集成,形成核动力装置仿真评价平台NPPSEP,用于核动力装置一、二回路的仿真研究,该平台全部基于普通微机,具有一定的先进性。