一种蒸发器通用水动力计算方法、系统、设备及存储介质技术方案

本发明专利技术公开一种蒸发器通用水动力计算方法、系统、设备及存储介质，S1，将蒸发器换热管划分为多个回路，在每个回路中划分出多个管段；S2，计算每个回路和管段的水平环带热负荷、局部热负荷及尖峰热负荷；S3，将蒸发器换热管简化为流动网络系统；S4，根据每个回路和管段的水平环带热负荷、局部热负荷及尖峰热负荷，和流动网络系统，建立流量分配的非线性计算模型；S5，通过求解非线性计算方程，获得各管段的水动力参数。能够对各种蒸发器整体布置形式、各种管圈型式、各种工质换热技术以及各种质量流速组合方式下的的蒸发器进行水动力计算。流速组合方式下的的蒸发器进行水动力计算。流速组合方式下的的蒸发器进行水动力计算。

【技术实现步骤摘要】
一种蒸发器通用水动力计算方法、系统、设备及存储介质


[0001]本专利技术属于热能工程领域，涉及一种蒸发器通用水动力计算方法、系统、设备及存储介质。

技术介绍

[0002]蒸发器换热管水动力特性研究是高温气冷堆的关键技术之一，对于蒸发器换热管优化设计和保证氦蒸发器的安全可靠运行具有十分重要的意义。高温气冷堆采用氦气作冷却剂，所以其蒸汽发生器一次侧换热系数较低，传热管较长，因此可以采用螺旋管结构或者锅炉中常用的蛇形管结构。除采用螺旋管结构或蛇形管结构外，高温气冷堆蒸汽发生器还有工作温度高、二次侧直流、一次侧氦气加热等特点。高温气冷堆蒸汽发生器热工水力与一般压水堆的U型管式自然循环蒸汽发生器存在本质区别。压水堆蒸汽发生器热工水力分析工具、方法和结论不适用于高温气冷堆蒸汽发生器。一般火电的亚临界直流锅炉的经验也不能直接应用于高温气冷堆蒸汽发生器。首先高温气冷堆蒸汽发生器是核一级设备，安全性要求高，需对其进行详细的热工和结构分析。高温气冷堆蒸汽发生器结构紧凑，螺旋管束及蛇形管间距小，压力壳内单位体积换热面积大，而直流超临界锅炉换热管布置空间较充裕。另外高温气冷堆蒸汽发生器一次侧采用氦气对流加热形式，辐射加热几乎可忽略。
[0003]目前水动力计算方法主要包括弦截法计算模型、多项式拟合模型。弦截法采用弦截法求解非线性的动量守恒方程，为二阶收敛。从目前可以计算的蒸发器来说，对于简单的直管和倾斜管可以较为准确地计算，但对于复杂的螺旋管圈蒸发器，对于一直存在的不同的螺旋角度，之前简单的管段倾斜管的计算将不准确。
专利
技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种蒸发器通用水动力计算方法、系统、设备及存储介质，能够对各种蒸发器整体布置形式、各种管圈型式、各种工质换热技术以及各种质量流速组合方式下的的蒸发器进行水动力计算。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0006]一种蒸发器通用水动力计算方法，包括以下过程：
[0007]S1，将蒸发器换热管划分为多个回路，在每个回路中划分出多个管段；
[0008]S2，计算每个回路和管段的水平环带热负荷、局部热负荷及尖峰热负荷；
[0009]S3，将蒸发器换热管简化为流动网络系统；
[0010]S4，根据每个回路和管段的水平环带热负荷、局部热负荷及尖峰热负荷，和流动网络系统，建立流量分配的非线性计算模型；
[0011]S5，通过求解非线性计算方程，获得各管段的水动力参数。
[0012]优选的，流动网络系统中，连接管回路代表蒸发器换热管系统中的不受热的连接管，受热回路代表蒸发器换热管系统中受热的蒸发器换热管或者受热的膜式水冷壁，节点代表蒸发器换热管系统中的集箱。
[0013]优选的，非线性计算模型包括质量守恒方程、动量守恒方程和能量守恒方程；
[0014]质量守恒方程为：
[0015]0＝∑w
in
‑
∑w
out
；
[0016]式中：∑w
in
为流入集箱的总流量，∑w
out
为流出集箱的总流量；
[0017]动量守恒方程为：
[0018]0＝p(innumber)
‑
p(outnumber)
‑
Δp(i)；
[0019]式中：p(innumber)为回路入口集箱的压力，p(outnumber)为回路出口集箱的压力，Δp(i)为回路压降；
[0020]能量守恒方程为：
[0021][0022]式中：h
out
为回路管段出口焓值，h
in
为回路管段入口焓值，q
h
为蒸发器换热腔室局部热负荷，s为水冷壁节距，l为回路管段长度。
[0023]优选的，S5的具体过程为，通过求解非线性计算方程，计算每个回路中每个管段的焓增、压降和热物性参数；计算每个回路的总压降；计算各集箱的流入流量与流出流量之差；得到每个回路的摩擦阻力、局部阻力、重位压降、管段流量和管段质量流速，以及各集箱压力分布；最后进行壁温计算。
[0024]进一步，管段压降计算过程中，根据管段进口和出口的工质状态，分为五种不同的情况进行压降计算，分别为：进口过冷，出口过冷；进口过冷，出口两相；进口两相，出口两相；进口两相，出口过热；进口过热、出口过热；含有相变点的管段需首先确定相变点的位置，然后分别计算管段在相变点前部分和相变点后部分的压降。
[0025]进一步，壁温计算为：计算管段中心处的工质压力、温度和热物性参数，然后按超临界压力和亚临界压力区的传热规律分别计算内壁与外壁温度、中间壁温以及鳍片温度；最终得到各回路管段的干度、临界干度、临界热负荷、传热系数、内壁与外壁温度、中间点温度和鳍片温度。
[0026]再进一步，计算壁温时分管型计算，管型包括光管与内螺纹管、垂直管圈与螺旋管圈；在亚临界压力区，管段中心位置处工质为汽水两相时，判断该管段是否发生膜态沸腾和干涸，并根据不同区域的传热规律进行壁温计算；超临界压力区的计算首先判断管段中心流体为超临界水或超临界蒸汽，然后判断是否有发生拟膜态沸腾的可能，并根据工质状态、管型和传热规律的不同组合计算壁温。
[0027]一种蒸发器通用水动力计算系统，包括：
[0028]回路及管段划分模块，用于将蒸发器换热管划分为多个回路，在每个回路中划分出多个管段；
[0029]热负荷计算模块，用于计算每个回路和管段的水平环带热负荷、局部热负荷及尖峰热负荷；
[0030]流动网络系统模块，用于将蒸发器换热管简化为流动网络系统；
[0031]非线性计算模型建立模块，用于根据每个回路和管段的水平环带热负荷、局部热负荷及尖峰热负荷，和流动网络系统，建立流量分配的非线性计算模型；
[0032]水动力参数计算模块，用于通过求解非线性计算方程，获得各管段的水动力参数。
[0033]一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述任意一项所述蒸发器通用水动力计算方法的步骤。
[0034]一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任意一项所述蒸发器通用水动力计算方法的步骤。
[0035]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0036]本专利技术基于流动网络系统法，对蒸发器水循环系统进行回路和管段划分，并通过对各回路的质量守恒、动量守恒与能量守恒方程所组成的非线性方程组进行数学求解，能够对各种蒸发器整体布置形式、各种管圈型式、各种工质换热技术以及各种质量流速组合方式下的蒸发器进行水动力计算。
附图说明
[0037]图1为热负荷计算示意图；
[0038]图2为螺旋缠绕管蒸发器水平环带热负荷曲线；
[0039]图3为螺旋本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种蒸发器通用水动力计算方法，其特征在于，包括以下过程：S1，将蒸发器换热管划分为多个回路，在每个回路中划分出多个管段；S2，计算每个回路和管段的水平环带热负荷、局部热负荷及尖峰热负荷；S3，将蒸发器换热管简化为流动网络系统；S4，根据每个回路和管段的水平环带热负荷、局部热负荷及尖峰热负荷，和流动网络系统，建立流量分配的非线性计算模型；S5，通过求解非线性计算方程，获得各管段的水动力参数。2.根据权利要求1所述的蒸发器通用水动力计算方法，其特征在于，流动网络系统中，连接管回路代表蒸发器换热管系统中的不受热的连接管，受热回路代表蒸发器换热管系统中受热的蒸发器换热管或者受热的膜式水冷壁，节点代表蒸发器换热管系统中的集箱。3.根据权利要求1所述的蒸发器通用水动力计算方法，其特征在于，非线性计算模型包括质量守恒方程、动量守恒方程和能量守恒方程；质量守恒方程为：0＝∑w
in
‑
∑w
out
；式中：∑w
in
为流入集箱的总流量，∑w
out
为流出集箱的总流量；动量守恒方程为：0＝p(innumber)
‑
p(outnumber)
‑
Δp(i)；式中：p(innumber)为回路入口集箱的压力，p(outnumber)为回路出口集箱的压力，Δp(i)为回路压降；能量守恒方程为：式中：h
out
为回路管段出口焓值，h
in
为回路管段入口焓值，q
h
为蒸发器换热腔室局部热负荷，s为水冷壁节距，l为回路管段长度。4.根据权利要求1所述的蒸发器通用水动力计算方法，其特征在于，S5的具体过程为，通过求解非线性计算方程，计算每个回路中每个管段的焓增、压降和热物性参数；计算每个回路的总压降；计算各集箱的流入流量与流出流量之差；得到每个回路的摩擦阻力、局部阻力、重位压降、管段流量和管段质量流速，以及各集箱压力分布；最后进行壁温计算。5.根据权利要求4所述的蒸发器通用水动力计算方法，其特征在于，管段压降...

【专利技术属性】
技术研发人员：牛田田，毕凌峰，杨浩昱，卿浩，聂超，杨冬，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：