面向核动力系统的分布式协同仿真平台研究
发布时间：2020-12-31 17:54
随着计算机仿真技术的飞速发展,分布式协同仿真作为当前仿真技术的重点研究领域之一。本文在对核动力系统仿真技术需求和分布式平台技术进行深入研究的基础上,参考国内外相关技术的研究背景,并结合核动力系统的结构特点,采用模块化建模以及分布式平台技术开发了面向核动力系统的分布式协同仿真平台。本文构建的仿真平台主要由图形界面、数据传输技术、设备模块建模、数据运算主程序、分布式技术架构等部分组成。首先,采用基于JSON数据格式实现前端仿真系统图组态信息的存储,并通过Javabean的方式完成组态数据的识别。然后,根据模块化建模的思想,以系统中的设备为最小单位进行划分,采用Java的跨平台编程语言,建立了核动力系统的仿真模型框架。在仿真运算主程序中,实现数据读取与赋值、流体网络拓扑结构的分析,从而完成核动力系统运行参数的求解。之后,通过搭建Hadoop的分布式平台,解决仿真数据的分布式存储,并预留了对历史数据的分析功能。最终,整个系统项目的构建依托于RPC远程服务调用方案以及消息队列机制,从而实现系统间、功能间的协同工作能力。本文在已建立的仿真平台中,对核动力系统进行建模功能、单元模块、系统变负荷状态下...
【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：99 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图1-1分布式数据库的基本架构
东南大学硕士学位论文101.反应堆2.稳压器3.蒸汽发生器4.阀门5.核主泵6.汽轮机7.发电机8.凝汽器9.核动力推进装置图2-1核动力系统流程图如图所示2-1，核动力装置是以多反应堆为核心，由一、二回路共同组成并协调工作的循环体系。一个反应堆装备两台蒸汽发生器，一台蒸汽发生器为环路单元，配置成如图双汽轮机热力系统，有若干安全汽门和调节汽门组成主蒸汽系统，一个主汽轮机作为推进动力，另有一个相当的汽轮发电机组提供电力，这个体系实现着核能-热能-机械能-电能的连续转换过程[46]。一回路系统包括反应堆、蒸汽发生器、核主泵、稳压器以及管道、阀门等设备。核燃料在反应堆内经历链式裂变反应，向主冷却剂释放出大量热量，同时主循环泵将冷却剂输送至蒸汽发生器，冷却剂中的热量释放给了二回路的给水后，再次有核主泵送回至反应堆。二回路的给水吸收了一回路的热量后蒸发，两股主蒸汽在两个汽轮机做功后，排汽进入凝汽器真空放热凝结成冷凝水，再通过若干凝水泵和给水泵，提升压力，然后进入蒸汽发生器吸热，如此循环工作。二回路系统还包括减速齿轮箱、螺旋桨、轴承系统、轴封系统、循环水系统、发电机、电动机和电气系统等等。需对设备特性、设计参数和运行工况进行深入研究，将合理的配置和参数设定或确定下来，代入数学模型进行计算，对得到的计算结果进行合理性认证。这样才能得到广泛适用的数学模型，并对后续的设计工况仿真提供理论依据。2.2.2平台结构说明本核动力仿真平台系统结构如图2-2所示，总体由核动力系统仿真平台、运行环境以及系统建模环境三部分组成。从仿真系统架构图中可以看出，建模环境中包括了运行主程序、拓扑分析模块、设备模块库、文件管理系统等；其中，设备模块库中包含了阀门、泵、换热器、汽轮机、凝汽器等设?
第二章核动力仿真平台设计方案11图2-2仿真系统架构任何软件工具的开发都需要遵循合理的生产流程，为了能够顺利完成核动力系统仿真平台的开发工作，需要针对以下几个方面进行功能的实现：（1）拥有简洁、人性化的交互界面设计，通过图形界面来充当具体功能实现作用，更大程度封装了底层的程序内容，增强了使用便利性，减少学习成本；（2）模块化的建模方式，根据核动力系统结构特点，将各个子系统进行划分，从而能够以设备模块、节点模块的方式快速建模，增加了设备独立性，有利于系统后期的扩展性和通用性；（3）数据的完整性和可读性，通过选择合理的数据传输、存储格式，使得运行人员能够根据文件信息快速理解系统结构以及设备参数；（4）能够识别数据内容，并对其进行设备、流体网络拓扑结构的分析。对于不同的核动力子系统，均能够进行设备及连接模式识别，保证仿真系统的功能可行性；（5）核动力系统仿真涉及的设备模型数量较多，系统维护的工作量庞大，往往涉及到不同人员的协同开发工作，所以需要支持组态信息能以文件形式存储，并且导出的文件能够形成逻辑上的连接关系。（6）具有客户端实时监控画面，作为仿真系统功能实现的信息呈现窗口，能够对程序运行的数据变化进行实时显示，降低人员的工作疲劳度；（7）实现仿真功能的分布式设计，以及系统的分布式数据存储功能。分布式项目开发对于各部门分工合作以及协同仿真具有重要意义，并且可以在系统安全角度提高可用性以及弹性拓展能力。分布式架构与仿真业务的关系如图2-3所示。图2-3分布式架构与仿真业务关系
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于历史数据的汽轮机调节阀流量特性优化[J]. 王竹,吴鹏,张锐锋,庞文涛,盛德仁. 热力发电. 2019(02)
[2]基于Dubbo微服务技术的应用与实现[J]. 周洪岩. 信息与电脑(理论版). 2018(19)
[3]基于Dubbo框架的分布式视频网站架构设计[J]. 宋万洋. 软件导刊. 2018(08)
[4]基于Hadoop生态系统的大数据解决方案综述[J]. 魏冉. 数字通信世界. 2017(08)
[5]MaxCompute SQL的应用与发展研究[J]. 李心蕊. 信息技术. 2017(05)
[6]基于异构Hadoop集群的负载均衡策略研究[J]. 秦军,冯亮亮,孙蒙. 计算机技术与发展. 2017(06)
[7]RabbitMQ在实时监控系统中的应用[J]. 马巍,武欣嵘,郑翔,张文强,童玮. 军事通信技术. 2017(01)
[8]基于Java的分布式计算的研究[J]. 茹晓峰. 信息技术与信息化. 2015(09)
[9]基于MQ的气象数据采集与监控系统设计[J]. 王力,韩笑,刘培宁,钱文斌. 气象科技. 2015(03)
[10]高级消息队列协议在大数据传输中问题及解决[J]. 张逸凡,于志安. 电脑知识与技术. 2014(01)
博士论文
[1]舰船核动力系统二回路控制策略研究[D]. 张永生.中国舰船研究院 2012
[2]核动力装置参数优化设计[D]. 贺士晶.哈尔滨工程大学 2010
[3]核电厂反应堆堆芯物理在线仿真系统研究[D]. 赵强.哈尔滨工程大学 2006
[4]火电机组动态过程性能在线监测研究[D]. 郭喜燕.华北电力大学（北京） 2005
[5]热动力系统仿真环境的研究与开发[D]. 唐胜利.重庆大学 2004
硕士论文
[1]基于Hadoop的分布式数据存储系统应用的研究[D]. 邹立民.沈阳工业大学 2018
[2]云联络系统中基于消息队列的分布式网关的研究与应用[D]. 解晓鹏.西安电子科技大学 2018
[3]基于Kafka的消息发布订阅服务的设计与实现[D]. 卢帅.南京大学 2018
[4]基于MVC和Thrift框架的网络设备配置安全审计平台的设计与实现[D]. 张静文.北京邮电大学 2018
[5]分布式协同仿真计算平台的研究与实现[D]. 吴健峰.西安电子科技大学 2017
[6]核电厂维修局部仿真系统的研究与开发[D]. 宋涛.东南大学 2017
[7]基于SCADE的城轨正线联锁系统研究[D]. 雷贝贝.西南交通大学 2017
[8]船用核动力二回路主要设备设计及系统热力分析[D]. 陈舫.哈尔滨工程大学 2017
[9]用于教学实习的核电站虚拟仿真系统[D]. 邓华.东南大学 2016
[10]模块化仿真建模用于三代核电专设安全系统监测[D]. 董晨鹏.东南大学 2016
本文编号：2950057
【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：99 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图1-1分布式数据库的基本架构
东南大学硕士学位论文101.反应堆2.稳压器3.蒸汽发生器4.阀门5.核主泵6.汽轮机7.发电机8.凝汽器9.核动力推进装置图2-1核动力系统流程图如图所示2-1，核动力装置是以多反应堆为核心，由一、二回路共同组成并协调工作的循环体系。一个反应堆装备两台蒸汽发生器，一台蒸汽发生器为环路单元，配置成如图双汽轮机热力系统，有若干安全汽门和调节汽门组成主蒸汽系统，一个主汽轮机作为推进动力，另有一个相当的汽轮发电机组提供电力，这个体系实现着核能-热能-机械能-电能的连续转换过程[46]。一回路系统包括反应堆、蒸汽发生器、核主泵、稳压器以及管道、阀门等设备。核燃料在反应堆内经历链式裂变反应，向主冷却剂释放出大量热量，同时主循环泵将冷却剂输送至蒸汽发生器，冷却剂中的热量释放给了二回路的给水后，再次有核主泵送回至反应堆。二回路的给水吸收了一回路的热量后蒸发，两股主蒸汽在两个汽轮机做功后，排汽进入凝汽器真空放热凝结成冷凝水，再通过若干凝水泵和给水泵，提升压力，然后进入蒸汽发生器吸热，如此循环工作。二回路系统还包括减速齿轮箱、螺旋桨、轴承系统、轴封系统、循环水系统、发电机、电动机和电气系统等等。需对设备特性、设计参数和运行工况进行深入研究，将合理的配置和参数设定或确定下来，代入数学模型进行计算，对得到的计算结果进行合理性认证。这样才能得到广泛适用的数学模型，并对后续的设计工况仿真提供理论依据。2.2.2平台结构说明本核动力仿真平台系统结构如图2-2所示，总体由核动力系统仿真平台、运行环境以及系统建模环境三部分组成。从仿真系统架构图中可以看出，建模环境中包括了运行主程序、拓扑分析模块、设备模块库、文件管理系统等；其中，设备模块库中包含了阀门、泵、换热器、汽轮机、凝汽器等设?
第二章核动力仿真平台设计方案11图2-2仿真系统架构任何软件工具的开发都需要遵循合理的生产流程，为了能够顺利完成核动力系统仿真平台的开发工作，需要针对以下几个方面进行功能的实现：（1）拥有简洁、人性化的交互界面设计，通过图形界面来充当具体功能实现作用，更大程度封装了底层的程序内容，增强了使用便利性，减少学习成本；（2）模块化的建模方式，根据核动力系统结构特点，将各个子系统进行划分，从而能够以设备模块、节点模块的方式快速建模，增加了设备独立性，有利于系统后期的扩展性和通用性；（3）数据的完整性和可读性，通过选择合理的数据传输、存储格式，使得运行人员能够根据文件信息快速理解系统结构以及设备参数；（4）能够识别数据内容，并对其进行设备、流体网络拓扑结构的分析。对于不同的核动力子系统，均能够进行设备及连接模式识别，保证仿真系统的功能可行性；（5）核动力系统仿真涉及的设备模型数量较多，系统维护的工作量庞大，往往涉及到不同人员的协同开发工作，所以需要支持组态信息能以文件形式存储，并且导出的文件能够形成逻辑上的连接关系。（6）具有客户端实时监控画面，作为仿真系统功能实现的信息呈现窗口，能够对程序运行的数据变化进行实时显示，降低人员的工作疲劳度；（7）实现仿真功能的分布式设计，以及系统的分布式数据存储功能。分布式项目开发对于各部门分工合作以及协同仿真具有重要意义，并且可以在系统安全角度提高可用性以及弹性拓展能力。分布式架构与仿真业务的关系如图2-3所示。图2-3分布式架构与仿真业务关系
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于历史数据的汽轮机调节阀流量特性优化[J]. 王竹,吴鹏,张锐锋,庞文涛,盛德仁. 热力发电. 2019(02)
[2]基于Dubbo微服务技术的应用与实现[J]. 周洪岩. 信息与电脑(理论版). 2018(19)
[3]基于Dubbo框架的分布式视频网站架构设计[J]. 宋万洋. 软件导刊. 2018(08)
[4]基于Hadoop生态系统的大数据解决方案综述[J]. 魏冉. 数字通信世界. 2017(08)
[5]MaxCompute SQL的应用与发展研究[J]. 李心蕊. 信息技术. 2017(05)
[6]基于异构Hadoop集群的负载均衡策略研究[J]. 秦军,冯亮亮,孙蒙. 计算机技术与发展. 2017(06)
[7]RabbitMQ在实时监控系统中的应用[J]. 马巍,武欣嵘,郑翔,张文强,童玮. 军事通信技术. 2017(01)
[8]基于Java的分布式计算的研究[J]. 茹晓峰. 信息技术与信息化. 2015(09)
[9]基于MQ的气象数据采集与监控系统设计[J]. 王力,韩笑,刘培宁,钱文斌. 气象科技. 2015(03)
[10]高级消息队列协议在大数据传输中问题及解决[J]. 张逸凡,于志安. 电脑知识与技术. 2014(01)
博士论文
[1]舰船核动力系统二回路控制策略研究[D]. 张永生.中国舰船研究院 2012
[2]核动力装置参数优化设计[D]. 贺士晶.哈尔滨工程大学 2010
[3]核电厂反应堆堆芯物理在线仿真系统研究[D]. 赵强.哈尔滨工程大学 2006
[4]火电机组动态过程性能在线监测研究[D]. 郭喜燕.华北电力大学（北京） 2005
[5]热动力系统仿真环境的研究与开发[D]. 唐胜利.重庆大学 2004
硕士论文
[1]基于Hadoop的分布式数据存储系统应用的研究[D]. 邹立民.沈阳工业大学 2018
[2]云联络系统中基于消息队列的分布式网关的研究与应用[D]. 解晓鹏.西安电子科技大学 2018
[3]基于Kafka的消息发布订阅服务的设计与实现[D]. 卢帅.南京大学 2018
[4]基于MVC和Thrift框架的网络设备配置安全审计平台的设计与实现[D]. 张静文.北京邮电大学 2018
[5]分布式协同仿真计算平台的研究与实现[D]. 吴健峰.西安电子科技大学 2017
[6]核电厂维修局部仿真系统的研究与开发[D]. 宋涛.东南大学 2017
[7]基于SCADE的城轨正线联锁系统研究[D]. 雷贝贝.西南交通大学 2017
[8]船用核动力二回路主要设备设计及系统热力分析[D]. 陈舫.哈尔滨工程大学 2017
[9]用于教学实习的核电站虚拟仿真系统[D]. 邓华.东南大学 2016
[10]模块化仿真建模用于三代核电专设安全系统监测[D]. 董晨鹏.东南大学 2016
本文编号：2950057
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