[發(fā)明專(zhuān)利]一種電站凝汽器殼側(cè)和管側(cè)動(dòng)態(tài)耦合數(shù)學(xué)模型及建模方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911356865.0
• 申請(qǐng)日: 2019-12-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111159875B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-06-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐嘯虎
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06F30/20
• 分類(lèi)號(hào): G06F30/20;G06F30/17;G06F111/10;G06F119/08
• 代理公司: 南京眾聯(lián)專(zhuān)利代理有限公司 32206
• 代理人: 朱欣欣

本發(fā)明涉及一種電站凝汽器殼側(cè)和管側(cè)動(dòng)態(tài)耦合數(shù)學(xué)模型及其建模方法，包括以下步驟：步驟1，建立冷卻管兩側(cè)動(dòng)態(tài)微元傳熱方程；步驟2，對(duì)步驟1所述方程在空間上對(duì)循環(huán)水溫度集總參數(shù)化，解析得到兩側(cè)溫度的動(dòng)態(tài)耦合方程；步驟3，利用步驟2所述方程進(jìn)一步獲得兩側(cè)動(dòng)態(tài)傳熱量計(jì)算式；步驟4，在殼側(cè)凝結(jié)區(qū)建立質(zhì)量和能量守恒微分方程，并帶入步驟3所述傳熱量，得到兩側(cè)溫度的另一個(gè)動(dòng)態(tài)耦合方程；步驟5，將步驟2、步驟4所述方程及熱井水位方程聯(lián)立，同時(shí)求解殼側(cè)飽和溫度、壓力、管側(cè)循環(huán)水出口溫度及熱井水位；本發(fā)明所述建模方法從機(jī)理上解決了以往殼管兩側(cè)非動(dòng)態(tài)耦合問(wèn)題，提高了模型的動(dòng)態(tài)精度，也使模型更易于整體求解。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種電站凝汽器殼側(cè)和管側(cè)動(dòng)態(tài)耦合數(shù)學(xué)模型及建模方法，屬于電站數(shù)字仿真技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

建立電站凝汽器動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型主要目的是獲得凝汽器壓力隨熱負(fù)荷及循環(huán)水?dāng)_動(dòng)的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律。數(shù)學(xué)模型主要包括殼側(cè)(汽側(cè))模型和管側(cè)(循環(huán)水側(cè))模型，兩側(cè)數(shù)學(xué)模型之間由傳熱方程聯(lián)系在一起。凝汽器動(dòng)態(tài)過(guò)程中，殼側(cè)和管側(cè)均存在蓄放熱作用，兩側(cè)溫度呈動(dòng)態(tài)耦合關(guān)系，傳熱過(guò)程也應(yīng)是動(dòng)態(tài)的?，F(xiàn)有建模方法中沒(méi)有獨(dú)立的動(dòng)態(tài)傳熱方程，也無(wú)法在方程中隱式表達(dá)傳熱的動(dòng)態(tài)過(guò)程，而采用靜態(tài)傳熱公式顯式計(jì)算傳熱量，這實(shí)際上是人為對(duì)兩側(cè)動(dòng)態(tài)過(guò)程解耦，雖簡(jiǎn)化了數(shù)學(xué)模型實(shí)現(xiàn)，卻影響了模型的動(dòng)態(tài)精度。

對(duì)于凝汽器殼側(cè)，目前多采用基于理想氣體狀態(tài)方程的建模方法。此方法將殼側(cè)蒸汽近似為理想氣體(由此引起的壓力計(jì)算相對(duì)誤差約0.5％～1％)，通過(guò)聯(lián)立質(zhì)量守恒和蒸汽狀態(tài)方程建立數(shù)學(xué)模型，其實(shí)質(zhì)是通用壓力-流量通道求解殼側(cè)蒸汽分壓力。受建模方式限制，模型中直接忽略了殼側(cè)飽和溫度的動(dòng)態(tài)項(xiàng)，這在模型形式上降低了兩側(cè)動(dòng)態(tài)過(guò)程的耦合度。此外，運(yùn)行中的凝汽器殼側(cè)空間存在一定量的飽和水，其中直接參與動(dòng)態(tài)過(guò)程的主要是濕蒸汽攜帶的飽和水和冷卻管表面的凝結(jié)水膜。飽和水的動(dòng)態(tài)過(guò)程必須從存在溫度時(shí)變和傳熱的動(dòng)態(tài)方程中才能合理反映出來(lái)，這是在利用蒸汽狀態(tài)方程建立的數(shù)學(xué)模型中難以實(shí)現(xiàn)的。

發(fā)明內(nèi)容

技術(shù)問(wèn)題：

為從建模機(jī)理上解決上述問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)殼側(cè)和管側(cè)溫度，以及溫度與傳熱量之間的動(dòng)態(tài)耦合，提高殼側(cè)飽和溫度及壓力計(jì)算的動(dòng)態(tài)精度，并在模型中增加考慮殼側(cè)飽和水對(duì)兩側(cè)溫度動(dòng)態(tài)過(guò)程的影響，本發(fā)明提出了一種電站凝汽器殼側(cè)和管側(cè)動(dòng)態(tài)耦合數(shù)學(xué)模型及其建模方法。

技術(shù)方案：

一種電站凝汽器殼側(cè)和管側(cè)動(dòng)態(tài)耦合數(shù)學(xué)模型，主要包括：管側(cè)動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型、殼側(cè)動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型和熱井水位動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型。

一種電站凝汽器殼側(cè)和管側(cè)動(dòng)態(tài)耦合模型的建模方法，主要包括如下步驟：

步驟1：根據(jù)傳熱學(xué)基本原理，結(jié)合凝汽器結(jié)構(gòu)及其工作特點(diǎn)，建立冷卻管兩側(cè)動(dòng)態(tài)微元傳熱方程；

步驟2：對(duì)步驟1所述方程在空間上對(duì)循環(huán)水溫度集總參數(shù)化，解析得到殼側(cè)和管側(cè)溫度的一個(gè)動(dòng)態(tài)耦合方程；

步驟3：利用步驟2所述方程進(jìn)一步獲得兩側(cè)動(dòng)態(tài)傳熱量計(jì)算式；

步驟4：在殼側(cè)凝結(jié)區(qū)建立質(zhì)量和能量守恒微分方程，并帶入步驟3所述傳熱量，得到兩側(cè)溫度的另一個(gè)動(dòng)態(tài)耦合方程；

步驟5：將步驟2、步驟4所述方程及熱井水位方程聯(lián)立，同時(shí)求解殼側(cè)飽和溫度(壓力)、管側(cè)循環(huán)水出口溫度及熱井水位。

所述步驟1中，具體包括：

步驟1.1：將冷卻管壁溫度的變動(dòng)速率等同于殼側(cè)飽和溫度的變動(dòng)速率，根據(jù)傳熱學(xué)原理，有如下微元能量守恒方程