[发明专利]一种直管式直流蒸汽发生器换热性能的仿真方法

权利要求书

1.一种直管式直流蒸汽发生器换热性能的仿真方法，其特征在于按照以下步骤进行：

步骤1：建立直流蒸汽发生器物理模型，设定直流蒸汽发生器结构参数和边界条件；

步骤2：根据分段判别条件，划分二次侧流体的换热区域；

步骤3：计算各个换热区域的对流传热系数；

步骤4：建立直流蒸汽发生器数学模型，以一、二次侧流体、传热管内、外壁为研究对象，以直流蒸汽发生器两个固定管板间距离为计算长度，对微元dx应用能量守恒定律，建立一维均相流传热数学模型；运用有限差分法建立直流蒸汽发生器数学模型的常微分方程；建立五个传热区域的系数矩阵；

步骤5：根据步骤1中的结构参数、边界条件；步骤2中的分段判别条件；步骤3中的各区域对流传热系数；步骤4中的系数矩阵，进行基于MATLAB的仿真；

所述步骤1中直流蒸汽发生器结构参数包括传热管长度、传热管外径、传热管内径、传热管数目；边界条件包括：一次侧包括入口温度、质量流量、入口压力，二次侧包括入口温度、质量流量、入口压力；

所述步骤2中将二次侧流体分为预热段、过冷沸腾段、饱和核态沸腾段、强制对流蒸发段、缺液段、过热段，其中由于对流传热系数计算公式的限制，饱和核态沸腾段和强制对流蒸发段作为一个计算区域，称为核态沸腾段；

所述步骤3中，一次侧流体和二次侧预热段、过热段单相对流换热区采用Dittus-Boelter关联式：

对于流体被加热：

对于流体被冷却：

式中，α为对流传热系数，λ₁为流体导热系数，d_i为水力直径，Re_f为雷诺数，Pr_f为普朗特数；

过冷沸腾换热区采用Pradanovic et al提出的关联式：

Ja^*＝c_pΔT_sub/r (5)

α_tp、α_l分别为两相、液相流体对流传热系数，Bo为沸腾数，q为热流密度，Ja*为Jakob数；ρ_g、ρ_f分别为汽体和液体的密度，Pr为普朗特数，为二次侧质量流速，r为汽化潜热，c_p为定压比热容，ΔT_sub为过冷度；

核态沸腾换热区采用Chen关系式：

α_chen＝α_c+α_NCB (6)

式中，α_chen为强迫对流蒸发和饱和核态沸腾的传热系数，α_NCB为饱和核态沸腾传热系数，α_c为强迫对流传热系数；

式中，σ是汽、液分界面上水的表面张力，k_f为饱和水导热系数，c_pf为饱和水定压比热容，μ_f为饱和水动力粘度，t_w为外壁温度，t_s为饱和温度，p_w是对应壁温t_w的饱和压力，p是二次侧压力，d_e为二次侧当量直径，参数S是核态沸腾抑制因子；G为质量流率，x为质量含汽率，k_f为饱和水导热系数；

S和F的计算公式如下：

对于S：

对于F：

式中，X_tt是Martinelli参数：

而：

缺液换热区采用米罗波利斯基关联式：

其中：

式中，Re_g为二次侧饱和蒸汽的雷诺数，Re′_tp为汽液两相的雷诺数，μ_g为气体的动力粘度，ν_g、ν_l分别为饱和蒸汽和饱和水的运动粘度，Pr_w是以壁温为定性温度的普朗特数；

所述步骤2中预热段、过冷沸腾段、核态沸腾段、缺液段、过热段的判断方法为：

在二次侧预热段的对流传热中，是否发生过冷沸腾用Jens-Lottes公式进行判断：其中，ΔT_s为壁面过热度，p为二次侧压力，q为热流密度；

过冷沸腾段到核态沸腾段判断依据为二次侧流体温度达到对应压力下的饱和温度；

用质量含汽率判断是否进入缺液段：X_DO＝0.3+0.7e^-45ω，其中X_DO为计算的临界含汽率，ω为计算的无量纲参量，为二次侧流体质量流速，μ_l为饱和水动力粘度，ρ_l、ρ_g分别为饱和水和饱和蒸汽的密度，σ为汽、液分界面上水的表面张力；

当二次侧流体总焓值达到饱和蒸汽的焓值时进入过热段。