[發明專利]基于壓縮機特性曲線和氣輪機理論模型的布雷頓循環系統搭建方法

在審

• 申請號: 202211528890.4
• 申請日: 2022-11-30
• 公開（公告）號: CN115828587A
• 公開（公告）日: 2023-03-21
• 發明（設計）人: 趙富龍;王憲礴;譚思超;明楊;董顯敏;田瑞峰
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F30/28;G06F17/13;G06F119/14;G06F119/08;G06F119/06;G06F119/12;G06F111/10
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 岳泉清

1.基于壓縮機特性曲線和氣輪機理論模型的布雷頓循環系統搭建方法，其特征在于，包括：

步驟一、根據氦氙混合氣體的物理化學特性，構建冷卻劑物性計算模型；

根據氦氙混合氣體的流動換熱特性，構建流動換熱計算模型；

步驟二、基于三大守恒定律構建布雷頓循環系統子設備的數學物理模型,利用冷卻劑物性計算模型和流動換熱計算模型，對布雷頓循環系統子設備單獨運行時進出口氣體的溫度壓力流量參數進行計算；所述布雷頓循環系統子設備的數學物理模型包括：旋轉機械設備模型、堆芯設備模型、回熱器設備模型、冷卻器設備模型；

步驟三、根據布雷頓循環系統的運行特性和布雷頓循環系統子設備單獨運行時進出口氣體的溫度壓力流量參數，分別對布雷頓循環系統每個子設備模型的進出口氣體的溫度壓力流量參數進行單獨調穩，獲得布雷頓循環系統每個子設備單獨調穩時進出口氣體的溫度壓力流量參數；

步驟四、根據布雷頓循環系統每個子設備單獨調穩時進出口氣體的溫度壓力流量參數，設置布雷頓循環系統模型的邊界條件；

步驟五、對布雷頓循環系統數學物理模型的參數進行初始化，利用所述邊界條件作為布雷頓循環系統模型的初始輸入，對模型參數進行整體調穩，直至布雷頓循環系統數學物理模型子設備的進出口溫度壓力流量參數穩定，且滿足系統運行參數的設定值，完成布雷頓循環系統模型的搭建。

2.根據權利要求1所述的基于壓縮機特性曲線和氣輪機理論模型的布雷頓循環系統搭建方法，其特征在于，步驟一中，冷卻劑物性計算模型包括：氦氙混合氣體密度模型、氦氙混合氣體定壓比熱模型、氦氙混合氣體粘度模型、氦氙混合氣體導熱系數模型。

3.根據權利要求2所述的基于壓縮機特性曲線和氣輪機理論模型的布雷頓循環系統搭建方法，其特征在于，

氦氙混合氣體密度模型：

其中，ρ為氦氙混合氣體的密度，R_g為氦氙混合氣體的氣體常數，Z為實際氣體壓縮因子，T為氦氙混合氣體的溫度，P是氦氙混合氣體的壓力。

氦氙混合氣體定壓比熱模型：

其中，x₁為氦氙混合氣體中氦氣的質量分數；C_p為氦氙混合氣體的比熱容；

氦氙混合氣體的粘度模型為：

其中，μ_混為氦氙混合氣體的粘度，μ⁰為粘度加權平均值，μ^*為擬合粘度，v^*為平均臨界比體積，ψ_μ(·)為粘度試驗數據擬合函數，M為氦氙混合氣體的平均摩爾質量；

氦氙混合氣體的導熱系數模型為：

其中，λ_混為氦氙混合氣體的導熱系數，λ^o為導熱系數加權平均值，Ψ_λ(·)為導熱系數試驗數據擬合函數，λ^*為擬合導熱系數；

氦氙混合氣體的普朗數模型為：

其中，Pr_混為氦氙混合氣體的普朗特數。

4.根據權利要求1或2所述的基于壓縮機特性曲線和氣輪機理論模型的布雷頓循環系統搭建方法，其特征在于，步驟一中，氦氙混合氣體流動換熱計算模型為：

Nu_b＝0.023Re_b^0.8Pr^0.65(T_w/T_b)^-n

n＝[0.57-1.59/(x/D)]

式中，Nu_b為氦氙混合氣體努塞爾數，Re_b為變物性雷諾數；Pr為普朗特數；T_w為壁面溫度，單位K；T_b為氦氙混合氣體平均溫度；n為變物性修正因子；x為均勻加熱段與加熱段起點之間的軸向距離；D為加熱段整體長度。