[发明专利]一种基于Modelica的管壳式换热器建模仿真方法

权利要求书

1.一种基于Modelica的管壳式换热器建模仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.对管壳式换热器进行分解，得对应的模型库架构；

S2.确定管壳式换热器对外界的接口及其部件之间相互数据传递的接口；

S3.对管壳式换热器的管侧和管壁进行离散，采用容积-流阻的离散方式，引入随时间变化的状态变量，并采用积分法直接得到变量而不需要求解非线性方程；

S4.建立基础级模型，该基础级模型包括容积模型、流阻模型、换热模型和管壁模型，其中容积模型用于描述管壳式换热器的壳侧以及管侧节点的容积效益，流阻模型用于描述管侧液体的流动阻力，换热模型用于描述管侧和壳侧与壁面之间的换热关系式，管壁模型用于描述管壁固体传热的关系式和储存热量的关系式；

S5.调用不同的基础级模型以形成部件级模型；

S6.基于部件级模型，根据实际的管壳式换热器物理拓扑和运行工况搭建管壳式换热器仿真系统。

2.根据权利要求1所述的基于Modelica的管壳式换热器建模仿真方法，其特征在于，步骤S1中，对管壳式换热器进行分解包括将管壳式换热器由物理层级拆分为：系统级，包括管壳式换热器模型、边界和组件级连接关系；部件级，包括管壳式换热器壳侧、管壳式换热器管侧、管壳式换热器管壁和设备级连接关系；基础级，包括容积模型、流阻模型和基础级连接关系。

3.根据权利要求1所述的基于Modelica的管壳式换热器建模仿真方法，其特征在于，步骤S2中，管壳式换热器与外界相互交换的数据包括：管侧和壳侧与外部的流体交换。

4.根据权利要求1所述的基于Modelica的管壳式换热器建模仿真方法，其特征在于，步骤S2中，管壳式换热器的部件之间相互交换的数据包括：管侧和管壁、管壁和壳侧的热量交换。

5.根据权利要求1所述的基于Modelica的管壳式换热器建模仿真方法，其特征在于，步骤S3中，对管壳式换热器的管侧和管壁进行离散包括：管侧每个节点与管壁每个节点发生热量交换，管壁每个节点与壳侧发生热量交换。

6.根据权利要求1所述的基于Modelica的管壳式换热器建模仿真方法，其特征在于，步骤S3中，引入随时间变化的状态变量包括：将管侧节点的压力和焓值作为状态变量。

7.根据权利要求1-6任一项所述的基于Modelica的管壳式换热器建模仿真方法，其特征在于，容积模型需要对质量守恒方程及能量守恒方程进行求导，得到压力、焓值的导数的具体关系式。

8.根据权利要求1-6任一项所述的基于Modelica的管壳式换热器建模仿真方法，其特征在于，流阻模型封装有不同介质在不同工况下的流动阻力计算公式，用于根据不同需求进行调用。

9.根据权利要求1-6任一项所述的基于Modelica的管壳式换热器建模仿真方法，其特征在于，换热模型封装有不同介质在不同工况下的换热系数计算公式，用于根据不同需求进行调用。

10.根据权利要求1-6任一项所述的基于Modelica的管壳式换热器建模仿真方法，其特征在于，管壁模型封装有不同壁面材料和壁面种类的计算公式，用于根据不同需求进行调用。