一种用于确定热工流体设备阻力的方法及其设备技术

本发明专利技术公开了一种用于确定热工流体设备阻力的方法和设备。该方法包括：对所述热工流体设备进行建模；对建立的模型进行网格划分，其中，对具有明确流动方向的区域，采用扫略式网格划分法进行划分，对不具有明确流动方向的区域，采用传统网格划分法进行划分；以及根据已划分的网格计算所述热工流体设备的阻力。利用本发明专利技术，能够实现对热工流体设备的阻力的精确计算。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及热工流体系统，具体涉及一种用于确定热工流体设备阻力的方法及其设备。
技术介绍
目前的热工流体系统大多是由管道、阀门以及主设备组合而成。系统中工质流动的动力通常来自于泵或压缩机，并且与其它部件产生的流动阻力匹配。在设计阶段，为了动力设备的选型，必须预估系统的阻力。对于管道、阀门等部件，由于结构相对简单，且具有一定的标准化和系列化，因此采用经验公式计算其阻力，精度能够满足要求。然而对于主设备，由于结构比较复杂，流道的形状不规则，因此没有固定的计算公式。现有技术的方法是进行分块等效，将主设备分成多个段，使得每一段的阻力都可以近似的采用相应的经验公式进行计算。由于主设备的实际结构和等效的标准件通常存在较大差别，导致计算的精度比较低，且对于结构越复杂的设备，计算精度越低。以核电领域的大型热工水力实验台架为例，其中模拟反应堆压力容器的主要设备的结构非常复杂。在制造前，为了预估其阻力，现有技术的方法需要将其分为了很多段，每一段都使用一个近似的标准件进行代替。从流体的进口到出口，该主要设备可能依次被分为：扩张段、环形腔、180度弯头、收缩段、扩张段、3个相同的孔板、1个不同的孔板、外略横管、收缩段等。对每一段，现有技术的方法利用已有的经验公式，计算阻力，最后加在一起，得到了整体的阻力。由于原始结构十分不规则，用标准件替代后，无法判断阻力是否等效，误差究竟有多大也无从得知。另外，现有技术用于计算阻力的经验公式中通常包含流量的平方，而由于原始结构复杂，流量分配十分不均匀，计算每一段时，流量值很难准确给出，平方后进一步加大了误差。
技术实现思路
鉴于上述问题，完成了本专利技术。本专利技术的目的是提出一种热工流体设备阻力确定方法及其设备，以解决复杂热工流体设备阻力计算精度不足的问题。本专利技术的一个方案提供了一种用于确定热工流体设备阻力的方法。该方法包括：对所述热工流体设备进行建模；对建立的模型进行网格划分，其中，对具有明确流动方向的区域，采用扫略式网格划分法进行划分，对不具有明确流动方向的区域，采用传统网格划分法进行划分；根据已划分的网格计算所述热工流体设备的阻力。本专利技术的另一方案提供了一种用于确定热工流体设备阻力的设备。该设备包括建模模块，用于对所述热工流体设备进行建模；网格划分模块，用于对所述建模模块建立的模型进行网格划分，其中，对具有明确流动方向的区域，采用扫略式网格划分法进行划分，对不具有明确流动方向的区域，采用传统网格划分法进行划分；以及阻力计算模块，用于根据所述网格划分模块划分的网格计算所述热工流体设备的阻力。利用本专利技术的上述方案，通过对热工流体设备不同区域的差异性处理，能够实现对热工流体设备的阻力的精确计算。附图说明通过下面结合附图对专利技术进行的详细描述，将使本专利技术的上述特征和优点更加明显，其中：图1是示出根据本专利技术的实施例用于确定热工流体设备阻力的方法的简化流程图；图2是示出根据本专利技术的实施例用于确定热工流体设备阻力的设备的简化框图；图3是示出实现本专利技术技术方案的一个实施例的具体流程图；图4是示出根据本专利技术的实施例进行尺寸调整的一个部分/结构的示意图；图5是示出根据本专利技术的实施例，网格划分模块的划分结果的示意图；以及图6是示出根据本专利技术的实施例的阻力拟合曲线的图。具体实施方式下面，参考附图详细说明本专利技术的优选实施方式。在附图中，虽然示于不同的附图中，但相同的附图标记用于表示相同的或相似的组件。为了清楚和简明，包含在这里的已知的功能和结构的详细描述将被省略，以避免使本专利技术的主题不清楚。图1是示出本专利技术用于确定热工流体设备阻力的方法的简化流程图。该方法包括：步骤110，对所述热工流体设备进行建模；步骤120，对建立的模型进行网格划分，其中，对具有明确流动方向的区域，采用扫略式网格划分法进行划分，对不具有明确流动方向的区域，采用传统网格划分法进行划分；步骤130，根据已划分的网格计算所述热工流体设备的阻力。在一些实施例中，对热工流体设备建模可包括建立热工流体设备的几何结构，对所建立的热工流体设备的几何结构进行简化，在模型中去除对流动影响小的结构，并延长热工流体设备的出入口。这里所谓对流动影响小的结构例如包括螺栓形成的局部小突起或凹坑等。结构的大小是相对的概念。在一个示例中可以认为其尺寸在流通截面尺寸的2％以下的结构是对流动影响小的结构。然而在其他情况下，根据具体场景的不同以及所要求精确度的不同，也可以采用其他的标准或除2％之外的其他阈值，本专利技术不限于此。在一些实施例中，延长热工流体设备的出入口包括将热工流体设备的入口长度取值为热工流体设备的管径的3～5倍，且将热工流体设备的出口长度取值为热工流体设备的管径的10～20倍。一般而言，通过热工流体设备的流量越大，延长热工流体设备的出入口时的取值越大。因此上述范围仅是本专利技术的一些实施例中所采用的范围。在具体的实践中，可以根据需要采用该范围中的某个特定值，也可以根据实际情况扩大或缩小该范围，本专利技术不限于此。此外，在扫略式网格划分中，网格在流向上的尺寸是在切向上的尺寸的5～10倍。该取值范围可在保证计算精度的同时减少所划分的网格数量，并因此减少计算量并节省计算资源。在本专利技术的一些实施例中，在建模时对热工流体设备的局部几何形状和尺寸进行调整，使具有明确流动方向的区域的开始和结束截面具有相同的拓扑结构。在一些示例中，当热工流体设备中存在几何形状和尺寸调整较大(例如超过第一预定阈值)的部分，可对这些部分进行局部阻力分析。具体地，针对热工流体设备中几何形状和尺寸调整超过第一预定阈值的部分，比较调整前后的阻力。如果调整前后的阻力差大于第二预定阈值，采用传统网格划分法(例如，四面体填充方法)划分该几何形状和尺寸调整超过第一预定阈值的部分的调整前结构。这里的第一预定阈值和第二预定阈值可根据操作者的经验确定，也可通过对比计算或实验确定。在本专利技术的一些示例中，可将第一预定阈值确定为2％，和/或将第二预定阈值确定为5％。同样需要注意的是，本领域技术人员可以根据实际情况(例如实际建模的设备、设计精度等等)对该第一预定阈值和第二阈值阈值取其他的值。这样的值也应该包括在本专利技术的范围之内。在一些实施例中，根据已划分的网格计算热工流体设备的阻力包括可包括：根据已划分的网格计算热工流体设备入口处的压力本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于确定热工流体设备阻力的方法，包括：对所述热工流体设备进行建模；对建立的模型进行网格划分，其中，对具有明确流动方向的区域，采用扫略式网格划分法进行划分，对不具有明确流动方向的区域，采用传统网格划分法进行划分；以及根据已划分的网格计算所述热工流体设备的阻力。

【技术特征摘要】
1.一种用于确定热工流体设备阻力的方法，包括：
对所述热工流体设备进行建模；
对建立的模型进行网格划分，其中，对具有明确流动方向的区域，
采用扫略式网格划分法进行划分，对不具有明确流动方向的区域，采用
传统网格划分法进行划分；以及
根据已划分的网格计算所述热工流体设备的阻力。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，对所述热工流体设备进行建
模包括：
建立所述热工流体设备的几何结构；
对所建立的所述热工流体设备的几何结构进行简化，在模型中去除
对流动影响小的结构；以及
延长所述热工流体设备的出入口。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述对流动影响小的结构是
其尺寸在流通截面尺寸的2％以下的结构。
4.根据权利要求2所述的方法，其中，延长所述热工流体设备的出
入口包括：
所述热工流体设备的入口长度取值为所述热工流体设备的管径的
3～5倍；以及
所述热工流体设备的出口长度取值为所述热工流体设备的管径的
10～20倍。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述扫略式网格划分法中，
网格在流向上的尺寸是在切向上的尺寸的5～10倍。
6.根据权利要求1所述的方法，还包括：在建模时，对所述热工流
体设备的局部几何形状和尺寸进行调整，使具有明确流动方向的区域的
开始和结束截面具有相同的拓扑结构。
7.根据权利要求6所述的方法，还包括：
针对所述热工流体设备中几何形状和尺寸调整超过第一预定阈值
的部分，比较调整前后的阻力；以及
如果调整前后的阻力差大于第二预定阈值，采用传统网格划分法划
分所述几何形状和尺寸调整超过所述第一预定阈值的部分的调整前结构。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述第一阈值是2％，所述第
二预定阈值是5％。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，根据已划分的网格计算所述
热工流体设备的阻力包括：
根据已划分的网格计算所述热工流体设备入口处的压力和流体速
度分布以及出口处的压力和流体速度分布；
根据入口处的压力和流体速度分布计算入口处的总压；
根据出口处的压力和流体速度分布计算出口处的总压；以及
通过将所述入口处的总压减去所述出口处的总压来得到所述热工
流体设备的阻力。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，还包括：
根据所述热工流体设备的设计参数，选择多个流量点计算流量与阻
力的对应数据对；以及
使用所述对应数据对进行二次拟合，计算所述热工流体设备的拟合
阻力来作为所述热工流体设备的阻力。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述根据已划分的网格计算
所述热工流体设备的阻力是通过计算流体力学“CFD”工具来实现的。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，在所述CFD工具中，在设
置边界条件时，设定入口处的流量，且将出口处的压力设置为零，以及
根据所述热工流体设备的实际工作压力来设定计算域的参考压力。
13.一种用于确定热工流体设备阻力的设备，包括：
建模模块，用于对所述热工流体设备进行建模；
网格划分模块，用于对所述建模模块建立的模型进行网...

【专利技术属性】
技术研发人员：李京浩，姬锋军，闫大强，王本君，陈纲，丁炜堃，陈义学，葛群，田林，葛炜，
申请(专利权)人：国核北京科学技术研究院有限公司，山东电力工程咨询院有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11