床模块式高温气冷堆简称“高温气冷堆”，具有安全性、模块化设计建造、发电效率高等特点。高温气冷堆主系统主要由反应堆、蒸汽发生器和主氦风机构组成，采用惰性气体氦气作为冷却剂，氦气在反应堆堆芯加热至７５０℃后，经过蒸汽发生器产生高温蒸汽进入汽轮发电机发电。
图1 联合循环发电厂布置图
一维系统仿真软件在国内外的电站设计中有广泛的应用，Flownex软件由于其专业定制的元件库和量身打造的气液两相流求解能力等特点，被国内外能源电力行业众多知名单位选用开展管路系统流动与换热分析。
以某高温气冷堆电厂为例，该电厂采用气冷堆发电的同时还利用高温气冷堆产生的高温制氢，采用Flownex软件对某该电厂的PCU系统进行模拟。
该系统运行时将经由堆芯后加热后的氦气，冲击涡轮机做功, 涡轮机带动发电机和压气机，经过回热器后将热量传输给高压侧氦气, 然后进入预冷器降至低温。低温氦气进入带有中间冷却器的压气机机组, 压缩成高压氦气，后经由回热器加热, 然后再进入堆芯重复加热。
该电厂的系统主要由3个回路组成：
- 由鼓风机、高温气冷堆(HTGR)和中间换热器(IHX)组成的氦气回路。
- 由压缩机、涡轮、IHX和蒸汽发生器组成的布雷顿循环系统。与IHX平行的是另一种热交换器，称为过程热交换器，该换热器为硫磺碘制氢工厂提供热量。
- 由蒸汽发生器、高、中、低压汽轮机(高压、中压和低压)、冷凝器和水泵组成的朗肯循环回路。
该系统中的换热器、压缩机、涡轮、泵元件等设备采用Flownex软件中对应的heat exchangers 、turbos and pumps元件库中的对应元件进行模拟，设备之间的管路元件及连杆元件采用pipes 和mechanical元件库中元件将系统连接完整。
图2 Flownex软件中元件
堆芯循环的工作流体是20%氦和80%氮的混合气体，采用软件材料库的混合气体物性计算功能，设置氦气和氮气的混合比例，生成新的混合气体介质，并指定为系统流体介质。
图3 Flownex软件中混合流体物性生成界面
本系统中堆芯不是模拟重点，所以堆芯采用简化模拟，并指定堆芯出口温度为900C。压缩机转速与IHX出口温度相关，采用PID控制器以保证该温度为恒定值。泵的转速采用PID控制器元件进行控制，确保锅炉出口温度恒定。
图4 Flownex仿真模型
模型输入参数完成，首先采用稳态求解器进行稳态求解，作为瞬态仿真的初始条件，然后调用瞬态求解器，模拟35秒内，流过IHX的质量流量从0kg/s增加到70kg/s的工况下，电厂是否仍然能够正常运行。
图5所示为流过IHX、氦气回流和朗肯循环回流中的质量流量随时间的变化曲线，从图中可以看出氦气回流中的质量流量随着流过IHX的质量流量的增加而增加。然而，朗肯循环回流中的质量流量保持不变。
图5 质量流量随时间的变化曲线
图6所示为系统中不同位置点温度随时间的变化曲线，从图中可以看出由于IHX质量流量的变化，IHX出口温度也急剧变化但是其他环路温度不受影响。
图6 系统内不同位置点温度随时间的变化
从上面的计算中可以看出，在适当的控制系统下，当IHX的质量流量从0kg/s增加到70kg/s时，电厂能够不受IHX侧在这种流量变化的影响，仍能够稳定运行。
应用Flownex软件可以很好的帮助工程师对在电站任意运行工况下的工作特性，尤其是启动、并网、停机等瞬态工况，提前预测系统动态变化特性，同时还可预测系统各部件的工作特性。
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