[发明专利]一种基于数字孪生技术的安全壳系统及设计方法

说明书

本发明涉及一种基于数字孪生技术的安全壳系统及设计方法，在计算机或服务器的虚拟空间内，构建一个与物理实体安全壳系统相对应的数字孪生体，数字孪生体包括虚拟现实模拟模块，力学、热力学多物理场耦合计算模块，耐久性及寿命预测计算模块，机器学习预测计算模块，预警及反馈控制模块；通过物理实体安全壳布设的传感器系统和数据反馈制度及采集系统进行认知并收集数据，形成物理实体安全壳系统的认知数据库，作为所述数字孪生体的数据输入来源；数字孪生体通过各计算模块进行模拟计算，向各方进行信息传输，畅通各方信息获取渠道及打通各方之间的信息交换渠道，从而能够更好的提高核电厂应对事故的能力，提升核电安全性。

技术领域

本发明属于核工程设计技术，具体涉及一种基于数字孪生技术的安全壳系统及设计方法。

背景技术

核能发电是一种清洁高效的能源利用方式，然而由于涉核特殊性，其安全性一直成为监管部门和公众关注的焦点。因此核电厂设计中，以实质性消除大规模放射性物质释放为设计目标。同时采用了纵深防御的设计思想，如对放射性核燃料的阻隔，设置三道物理屏障，其一，燃料包壳；其二，与核燃料直接接触的冷却水单独设置回路，即一回路压力边界；其三，可承受一定事故压力和温度的安全壳。其中安全壳作为最后一道物理边界，对于保证核安全起到至关重要的作用。

切尔诺贝利核事故中，其核电厂并未设置安全壳，造成灾难性后果；美国三哩岛核事故则由于设置了可承压的安全壳，即使发生了堆芯融化，也成功将放射性物质包容在了厂房内，对外释放极其微量；日本福岛核事故中，其反应堆堆型较老，没有严格意义上的可承压的预应力钢筋混凝土安全壳，仅有屏蔽厂房。核燃料熔融产生氢气并最终爆炸，炸开屏蔽厂房，造成放射性外泄。

以上核事故实际验证了安全壳的重要意义。目前三代和四代核电站设计中，通过设置双层或多层安全壳，设置冷却水箱和喷淋系统、设置超压过滤排放保护系统等，将安全壳的功能进一步强化。不但具有应对传统的高温高压事故工况的功能，还具备防外部飞机撞击、龙卷风及飞射物撞击、防止内部氢爆、导出内部事故高温、高压等先进功能，演化为具有强大功能的安全壳系统。

然而，目前的安全壳系统设计和施工以及交付运营，是基于传统的工业体系和设计思想。对于设计方、施工方、运行及维护维修方、核监管部门、应急及救灾方、公众方等各个部门，其对于这道把守放射性物质释放的最后一道物理屏障的状态并无通畅和高效的信息交换渠道。对于功能强大但日渐复杂的安全壳系统，各自也存在一些新的或传统的问题。