[发明专利]一种应用于冷氦增压系统的低温管路换热性能仿真方法

权利要求书

1.一种应用于冷氦增压系统的低温管路换热性能仿真方法，其特征在于步骤如下：

（1）根据所述冷氦增压系统的结构总装图及实际工况，确定所述冷氦增压系统中低温管路的结构参数、介质参数、材料物性参数和环境参数；

（2）根据集总参数方法建立考虑管路热容的低温管路的导热数学模型；

（3）根据步骤（2）中得到的低温管路的导热数学模型，在系统仿真软件中建立冷氦增压系统的低温管路仿真模型；

（4）根据冷氦增压系统的工作温度区间内低温管路材料的热导率数据，拟合该工作温度区间内低温管路材料热导率随温度变化的曲线；

（5）根据步骤（4）中得到的曲线，基于所述系统仿真软件的子模型建模工具建立所述低温管路材料导热计算模型，并将该低温管路材料导热计算模型应用至所述冷氦增压系统的低温管路仿真模型之中；

（6）根据冷氦增压系统低温管路的真实工况，在步骤（5）中更新后的冷氦增压系统的低温管路仿真模型中设置低温管路的结构参数和环境参数，同时结合在所述低温管路真实工况中低温管路的材料参数和介质物性参数，在系统仿真软件中进行所述低温管路的换热性能仿真。

2.根据权利要求1所述的一种应用于冷氦增压系统的低温管路换热性能仿真方法，其特征在于：所述步骤（2）中建立低温管路的导热数学模型具体为：

将低温管路的管壁沿管路径向和轴向方向共划分为n个单元，其中径向方向划分为三层，沿径向从内至外依次为：内壁面单元、中间单元和外壁面单元，沿低温管路轴向方向等分为X=n/3个单元；

各单元温度，即所述低温管路的导热数学模型为：

式中，m₁、m₂……m_n为单元质量，Cp₁、Cp₂……Cp_n为单元比热容，T₁、T₂……T_n为单元温度，t为时间，ΔQ₁、ΔQ₂……ΔQ_n为该单元与外界之间的换热热流；

其中，中间单元的质量m_m通过公式计算，

内壁面单元的质量m_i通过公式计算；

外壁面单元的质量m_o通过公式计算；

其中，δ为壁面单元厚度，δ取管路壁厚的1%；ρ为材料密度；d_o为管路外径；d_i为管路内径；L为管路轴向方向长度；X为轴向划分单元数；

单元与外界之间的换热热流按下式计算：

ΔQj=ΔQaj+ΔQrj,j=1,2,...n]]>

式中，ΔQ_j为任一单元与外界之间的总换热热流；为任一单元与外界之间的轴向换热热流；为任一单元与外界之间的径向换热热流；

其中，中间单元与外界之间的轴向换热热流按公式

ΔQaj=λp|TjL/X·(Tw+Te-2Tj)·Aa]]>计算；

式中，为材料在T_j温度下的热导率，T_j为j单元的温度，T_w、T_e分别为该单元的左侧、右侧相邻单元温度，A_a为该单元轴向方向换热面积；

中间单元与外界之间的径向换热热流通过公式

ΔQrj=[λp|Tjro·To-Tjln(do/dj)-λp|Tjri·Tj-Tiln(dj/di)]·Ar]]>计算得到，式中，r_o、r_i分别为管路外壁面、内壁面半径，T_o、T_i分别为相邻管路外壁面单元、管路内壁面单元温度，A_r为该单元径向方向换热面积，且