[发明专利]一种钠冷堆非能动余热排出系统的建模优化方法

摘要

本发明涉及一种钠冷堆非能动余热排出系统的建模优化方法，属于钠冷堆余热排出系统的技术领域，初步设定热力参数、空气热交换器结构参数、拔风烟囱结构参数等；预设空气侧出口温度，设定传热量等相关计算判断空气侧流动平衡；预设钠侧进口温度与钠侧出口温度设定传热量等相关计算判断钠侧流动平衡；空气侧流动平衡且钠侧流动平衡后经相关计算判断系统能量是否平衡，并输出相关设计参数。本发明模型便于电脑语言编程并查找编写错误，可准确高效的完成设备及工艺流程设计工作，并可根据设计需要添加或删减相关模块。本发明的建模优化方法为建立准确的非能动余热排出系统模型创造了前提，并显著提高参数估计的精度和速度。

主权项

1.一种钠冷堆非能动余热排出系统的建模优化方法，其特征在于，钠冷堆非能动余热排出系统包括水平高度依次升高的堆芯、事故热交换器、空气热交换器；所述空气热交换器设于拔风烟囱的内部；所述事故热交换器的壳程为堆芯内待冷却的热介质，管程为冷却介质；所述事故热交换器的冷却介质与空气热交换器的加热介质为形成中间自然循环回路的液钠；所述拔风烟囱设有入风口，所述入风口设于空气热交换器的底部；所述空气热交换器的冷却介质为空气；该方法包括以下步骤：/nS1、特定物性参数为特定条件下的固有参数；初步设定热力参数、空气热交换器结构参数、拔风烟囱结构参数，及事故热交换器液钠出口与空气热交换器液钠出口之间的高度差H₂；/n所述热力参数为空气热交换器中的各参数，分别包括空气侧进口温度T_e、设定传热量Q、钠侧进口温度T_s,i与钠侧出口温度T_s,o；/n所述空气热交换器为液钠走管程，空气走壳程的翅片管式换热器；翅片管式换热器的换热管为翅片管，所述翅片管包括基管及设置在基管上的翅片；空气热交换器结构参数包括基管结构参数和翅片结构参数；所述基管结构参数包括基管总管数n_s、基管外直径d_o、基管内直径d_i、基管的总管长L_s、基管的排列方式与排列的间距，及根据以上数据得到的沿空气流通方向基管的管排数N_a、单位长度基管外表面积A_o^*，基管内流通截面积S_s，空气热交换器翅片管间最小流通面积S_a,min；所述翅片结构参数包括翅片的翅高H_f、节距y，及根据以上数据得到的单位长度翅片表面积A_f与翅化比β；/n所述液钠的中间自然循环回路中，钠侧弯头总数为N_s，/n所述拔风烟囱结构参数包括空气换热器的壳程空气出口与拔风烟囱出口高度差H₁、烟道内直径D_i、烟道流通截面积S_c、烟道弯头数N_c；/n所述特定物性参数包括钠侧比热cp_s与空气侧比热cp_a；不同温度对应下的空气密度ρ_a；不同温度对应下的液钠密度ρ_s；热耗散q、直管阻力系数f、局部阻力系数ξ、进出口阻力系数ε、污垢热阻r、钠侧沿管程的雷诺数Re、导热系数λ、对数平均温差ΔT_m、粘度μ、贝克来数Pe_s与对数平均温差修正系数φ；/nS2、预设空气热交换器的空气侧出口温度T_a,o1，根据设定传热量Q确定空气质量流量m_a；计算得到空气侧浮升力F_a和空气侧总阻力降ΔP_a后；计算空气侧浮升力F_a与空气侧总阻力降ΔP_a的相对误差当相对误差大于1％时，则返回调整预设空气侧出口温度T_a,o1；当相对误差小于等于1％时，则判断空气侧流动平衡；/n预设钠侧进口温度T_s,i与钠侧出口温度T_s,o，由设定传热量Q确定液钠的质量流量m_s，计算得到钠侧提升力F_s与钠侧总阻力降ΔP_s；计算钠侧提升力F_s与钠侧总阻力降ΔP_s的相对误差当相对误差大于1％时，则返回调整钠侧进口温度T_s,i与钠侧出口温度T_s,o；当相对误差小于等于1％时，则判断钠侧流动平衡；/nS3、待S2中的空气侧流动平衡且钠侧流动平衡后，计算得到空气侧传热系数h_a和钠侧传热系数h_s；进而再求得空气热交换器总传热系数K、对数平均温差ΔT_m与总传热量Q_s；再计算总传热量Q_s与设定传热量Q的相对误差当相对误差大于1％时，则判断系统能量不平衡，并返回步骤S2重新计算；当相对误差小于等于1％时，则判断系统能量平衡，并输出空气质量流量m_a、钠侧质量流量m_s、空气侧进口温度T_e、空气侧出口温度T_a,o1、钠侧进口温度T_s,i、钠侧出口温度T_s,o、空气热交换器总传热系数K、总传热量Q_s、总传热量Q_s与设定传热量Q的相对误差/n