[发明专利]一种基于结构的凝汽器精细化建模方法

说明书

本发明属于仿真技术领域，涉及一种基于结构的凝汽器精细化建模方法。包括如下步骤：S1：根据核电站凝汽器的实际物理结构，将热阱划分为液相节点，将进汽口至管束顶部区域划分为进汽节点；S2：将其余区域按照实际的管板数目，沿管束径向将凝汽器划分为若干汽室，然后将汽室划分二维模型；S3：对进汽节点、蒸汽下行通道节点和各管束区节点进行流动阻力、流量和压力分布计算；S4：对管束区节点进行传热计算；S5：对管束区节点、蒸汽下行通道节点和液相节点进行相间传热和传质计算；S6：建立计算机仿真程序，将步骤S3‑S5中各节点的流动、传热和相变计算进行封装，并通过算法执行程序调度。优点是：提高核电厂凝汽器的设计研发效率和系统级动态仿真效果。

技术领域

本发明属于仿真技术领域，具体涉及一种基于结构的凝汽器精细化建模方法。

背景技术

凝汽器作为核电站二回路热力循环的冷源，接收汽轮机的排汽并将其凝结成水，构成封闭的热力循环，是核电站汽轮发电机组的重要设备之一。在核电站中主要是采用表面式换热的凝汽器，每台凝汽器由壳体、管板、管束、冷却水室和热阱等元件组成。凝汽器运行性能优劣直接影响到整个核电站的安全性和经济性，研究表明对于一个2000MW的电站，凝汽器真空度每改善0.1kPa，每年可节省约28万英镑的燃料费，因此凝汽器的运行特性研究是核电站仿真的一个重要研究课题。

目前针对凝汽器的建模方法主要有集总参数法和分布参数方法。

集总参数法将整个凝汽器简化为一个或几个控制容积，能够反映凝汽器在动态运行过程中平均参数的变化趋势，可以模拟正常工况和事故工况，同时因其良好的稳定性和实时性而被广泛应用。受凝汽器复杂结构的影响，比如壳体壁面、蒸汽通道、凝结水溢流、冷却水多流程等，传热和流动过程变得很复杂，凝汽器壳侧蒸汽流场呈现出高度的三维性。但是因为控制容积内的所有热工水力参数都被平均化，难以反应凝汽器的内部流动和传热细节变化带来的影响，所以计算精度比较低，这在工况变化较大的情况下尤为明显。

分布参法则是通过将壳侧空间范围内所有的固体物件，如管束、管板、支撑柱等看作某种多孔介质区域，从而将凝汽器壳侧蒸汽流动及凝结换热过程这一复杂问题转化为在凝汽器内壳侧蒸汽在多孔介质中的单相三维流动这一数学上可以求解的问题。采用有限体积等方法将微分控制方程离散为数值近似的代数方程，并采用Simple等算法求解方程组。该方法能够描述凝汽器蒸汽热力学参数在壳侧空间内的分布情况，常用于凝汽器的设计验证、设计优化或性能分析。目前常见的分布参数模型主要有二维、准三维和全三维模型，但是由于计算量巨大、不易收敛等问题，均无法用于系统动态仿真中。

随着数字孪生、信息物理系统等概念的提出以及数字化核电的推进，核电的设计、建造、调试、运维等环节对仿真的精度、实时性、算法和数据处理能力有了更高的要求。因此有必要开发一种新的凝汽器精细化建模方法，实现对凝汽器的实时、稳定、近三维精细化仿真。

发明内容

本发明的目的提供一种基于结构的凝汽器精细化建模方法，能够实现对凝汽器的实时、稳定、近三维精细化仿真，从而提高核电厂凝汽器的设计研发效率和系统级动态仿真效果。

本发明的技术方案如下：一种基于结构的凝汽器精细化建模方法，包括如下步骤：

S1：根据核电站凝汽器的实际物理结构，将热阱划分为液相节点，将进汽口至管束顶部区域划分为进汽节点；

S2：将其余区域按照实际的管板数目，沿管束径向将凝汽器划分为若干汽室，然后将汽室划分二维模型；

S3：对进汽节点、蒸汽下行通道节点和各管束区节点进行流动阻力、流量和压力分布计算；

S4：对管束区节点进行传热计算；

S5：对管束区节点、蒸汽下行通道节点和液相节点进行相间传热和传质计算；

S6：建立计算机仿真程序，将步骤S3-S5中各节点的流动、传热和相变计算进行封装，并通过算法执行程序调度。