[发明专利]一种电站凝汽器壳侧和管侧动态耦合数学模型及建模方法

权利要求书

1.一种电站凝汽器壳侧和管侧动态耦合模型的建模方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：根据传热学基本原理，结合凝汽器结构，建立冷却管两侧动态微元传热方程；

步骤2：对步骤1所述方程在空间上对循环水温度集总参数化，解析得到壳侧和管侧温度的动态耦合方程；

步骤3：利用步骤2所述方程进一步获得两侧动态传热量计算式；

步骤4：在壳侧凝结区建立质量和能量守恒微分方程，并带入步骤3所述传热量，得到两侧温度的另一个动态耦合方程；

步骤5：将步骤2、步骤4所述方程及热井水位方程联立，同时求解壳侧饱和温度、压力、管侧循环水出口温度及热井水位；

将冷却管壁金属温度处理为与壳侧饱和温度同速率变化，所建立的冷却管两侧动态微元传热方程为：

其中，k为传热系数，kW/(m²·K)；U为冷却管周长，m；T_s为壳侧饱和温度，K；T_w为循环水温度，K；m_j为单位长度金属质量，kg/m；c_j为金属比热，kJ/(kg·K)；D_w为循环水流量，kg/s；h_w为循环水焓，kJ/(kg·K)；F_w为冷却管内截面积，m²；ρ_w为循环水密度，kg/m³；p_w为循环水工作压力，MPa；τ为时间，s；z为长度，m；

所述步骤2中，得到的壳侧和管侧温度的动态耦合方程为：

其中，A_z＝Uz，a_d＝kA_z/(D_w·c_p,w)，e_ad＝1-exp(-a_d)，M_w,z＝zF_wρ_w，M_j,z＝zm_j；T_w,0为循环水入口温度，K；T_w,z为长度为z处循环水温度，K；c_p,w为循环水比热，kJ/(kg·K)；

所述步骤3中，获得的两侧动态传热量计算式为：

其中，Q_n,z为动态传热量，kW；

所述步骤4中，得到壳侧和管侧温度动态耦合的另一方程式为：

其中，Ф表示壳侧饱和水体积份额；V_ss为壳侧总容积，m³；ρ＇、ρ＂分别为壳侧蒸汽分压力下饱和水密度和饱和汽密度，kg/m³；u＇、u＂分别为壳侧蒸汽分压力下饱和水比内能和饱和汽比内能，kJ/(kg·K)；∑D_s,in为进入壳侧空间的各工质流量，kg/s；h_s,in为进入壳侧空间的各工质焓，kJ/(kg·K)；h＇为进入热井的凝结水焓，等同于壳侧压力下的饱和水焓，kJ/(kg·K)；

所述步骤5中，得到的热井水位变化的最终联立求解的动态方程式为：

其中，A_r为热井截面积，m²；H_r为热井水位，m；D_p为流出热井的凝水流量，kg/s；∑D_r为外部直接输入热井的各工质流量，kg/s。