亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        基于Modelica的并聯(lián)多通道系統(tǒng)流動(dòng)不穩(wěn)定性仿真研究

        2024-02-21 06:00:04童秋實(shí)鄧康杰曾小康王艷林
        軟件導(dǎo)刊 2024年1期
        關(guān)鍵詞:實(shí)驗(yàn)模型系統(tǒng)

        童秋實(shí),鄧康杰,呂 星,曾小康,王艷林,楊 浩,陳 路

        (1.蘇州同元軟控信息技術(shù)有限公司,江蘇 蘇州 215123;2.中國(guó)核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院中核核反應(yīng)堆熱工水力技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,四川 成都 610213)

        0 引言

        流動(dòng)不穩(wěn)定性(flow instability)指系統(tǒng)受到瞬時(shí)擾動(dòng)后偏離原來(lái)穩(wěn)定狀態(tài),熱工參數(shù)發(fā)生非周期性漂移或周期性振蕩現(xiàn)象[1]。對(duì)于存在多個(gè)并聯(lián)加熱通道的系統(tǒng),加熱通道間可能存在并聯(lián)通道之間的流動(dòng)不穩(wěn)定性現(xiàn)象,表現(xiàn)為各加熱通道間的流量發(fā)生周期性脈動(dòng),此時(shí)將導(dǎo)致臨界熱流密度(critical heat flux)明顯下降或?qū)υO(shè)備產(chǎn)生機(jī)械振蕩,從而危及系統(tǒng)、設(shè)備的安全運(yùn)行。因此,在兩相流研究中并聯(lián)加熱通道流動(dòng)不穩(wěn)定性現(xiàn)象一直是重要的研究課題。

        1 相關(guān)研究

        針對(duì)并聯(lián)加熱多通道系統(tǒng)的流動(dòng)不穩(wěn)定性現(xiàn)象,許多學(xué)者開(kāi)展了實(shí)驗(yàn)研究。Cheng 等[2]通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究自然循環(huán)棒束形并聯(lián)通道流動(dòng)不穩(wěn)定,主要研究穩(wěn)壓器連接在加熱通道上游時(shí),出現(xiàn)的壓力降流動(dòng)不穩(wěn)定性的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和產(chǎn)生機(jī)理,并研究入口過(guò)冷度和熱流密度對(duì)流動(dòng)不穩(wěn)定性的影響。唐瑜等[3]在強(qiáng)迫循環(huán)條件下采用矩形并聯(lián)通道開(kāi)展流動(dòng)不穩(wěn)定性的實(shí)驗(yàn)研究,考慮了系統(tǒng)壓力、質(zhì)量流量、入口過(guò)冷度等熱工參數(shù)對(duì)流動(dòng)不穩(wěn)定性界限的影響,通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合得到了流動(dòng)不穩(wěn)定性無(wú)量綱關(guān)系式。Taleyarhan 等[4]建立平行加熱通道系統(tǒng)模型考慮過(guò)冷沸騰、熱通量分布和管形阻力系數(shù)等因素,描述沸水堆中的熱工水力現(xiàn)象,仿真分析表明在平行加熱通道中功率、流量會(huì)對(duì)流動(dòng)不穩(wěn)定性發(fā)生存在較大影響,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證實(shí)了該模型對(duì)流動(dòng)不穩(wěn)定性邊界的預(yù)測(cè)能力。

        目前,主要采用實(shí)驗(yàn)方式研究并聯(lián)加熱通道流動(dòng)不穩(wěn)定性現(xiàn)象[5],但實(shí)驗(yàn)研究周期長(zhǎng)、實(shí)驗(yàn)工況有限、無(wú)法較好捕捉流動(dòng)不穩(wěn)定性內(nèi)部機(jī)理現(xiàn)象等。因此,有必要采用仿真手段進(jìn)行流動(dòng)不穩(wěn)定性現(xiàn)象模擬,通過(guò)不同工況條件下并聯(lián)加熱通道的快速仿真模擬,研究流動(dòng)不穩(wěn)定機(jī)理與確定流動(dòng)不穩(wěn)定性邊界,為實(shí)驗(yàn)研究提供參考依據(jù)。

        在工程實(shí)踐中,通常采用一維系統(tǒng)仿真程序?qū)Σ⒙?lián)加熱通道的流動(dòng)不穩(wěn)定性現(xiàn)象進(jìn)行仿真分析,由于強(qiáng)迫循環(huán)下并聯(lián)加熱通道內(nèi)流體狀態(tài)變化劇烈,因此一般將流道分為若干個(gè)控制體,該方法相較于研究流道內(nèi)流場(chǎng)溫度場(chǎng)的三維數(shù)值模擬方法既降低了計(jì)算復(fù)雜性,又表達(dá)了流動(dòng)不穩(wěn)定性熱工水力特性,現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于流動(dòng)不穩(wěn)定性的建模仿真分析中[6-7]。常用的仿真程序一般采用Fortran、C語(yǔ)言、Matlab/Simulink 等語(yǔ)言進(jìn)行開(kāi)發(fā),或直接采用RELAP5、THEATRE 等核工程專(zhuān)業(yè)仿真軟件進(jìn)行計(jì)算[8-9]。然而,上述程序和軟件采用卡片式建模,建模過(guò)程缺乏圖形化界面,用戶難以直觀獲得系統(tǒng)設(shè)備的構(gòu)成、連接關(guān)系、參數(shù)信息等。此外,美國(guó)MMS、芬蘭APROS、中國(guó)STAR-90 等圖形化仿真軟件已廣泛應(yīng)用于動(dòng)力系統(tǒng)仿真領(lǐng)域,通過(guò)拖拽式建模及設(shè)備參數(shù)可視化配置的方式極大降低了建模工作量,但商業(yè)軟件代碼相對(duì)封閉,不便于用戶根據(jù)自身需求進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。

        為此,蘇州同元軟控信息技術(shù)有限公司聯(lián)合中國(guó)核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院構(gòu)建了兩相熱工水力特性模型架構(gòu),采用兩流體六方程數(shù)學(xué)模型開(kāi)發(fā)了基于Modelica 多專(zhuān)業(yè)、多層次、多系統(tǒng)的核反應(yīng)堆統(tǒng)一建模與分析平臺(tái)NUMAP(Nuclear reactor Unified Modeling and Analysis Platform)[10]。具體為,基于Modelica 語(yǔ)言開(kāi)發(fā)的NUMAP 可參考系統(tǒng)拓?fù)鋱D進(jìn)行拖拽式建模,相較于傳統(tǒng)熱工水力軟件具備強(qiáng)大、快捷的可視化交互功能,能極大提升建模效率[11-12]。本文參考某實(shí)驗(yàn)臺(tái)架,在NUMAP 平臺(tái)上建立高溫高壓并聯(lián)加熱雙通道系統(tǒng)模型,通過(guò)分析在均勻、非均勻加熱工況下的流動(dòng)不穩(wěn)定性、實(shí)驗(yàn)臺(tái)架和NUMAP 系統(tǒng)模型的出口質(zhì)量含氣率值,驗(yàn)證了NUMAP 平臺(tái)可用于模擬分析并聯(lián)加熱通道流動(dòng)不穩(wěn)定性瞬態(tài)特性。

        2 基于Modelica的兩流體六方程理論模型

        NUMAP 熱工水力模型庫(kù)基于Modelica 語(yǔ)言,采用兩流體六方程進(jìn)行描述。兩流體六方程模型是核反應(yīng)堆熱工水力系統(tǒng)分析常用的數(shù)學(xué)方程模型,能較為準(zhǔn)確地模擬核反應(yīng)堆系統(tǒng)在正常運(yùn)行工況、事故工況下汽液兩相的傳質(zhì)傳熱行為,可用于核反應(yīng)堆系統(tǒng)的設(shè)計(jì)驗(yàn)證、運(yùn)行模擬、安全分析等場(chǎng)景。

        基于Modelica 語(yǔ)言兩流體六方程模型考慮了實(shí)際兩相流體流動(dòng)過(guò)程中,兩相流體具備的不同物性、流速、溫度,兩相之間的質(zhì)量、能量和動(dòng)量交換,即針對(duì)汽相和液相分別建立質(zhì)量、動(dòng)量和能量守恒方程。為了使控制方程組封閉,還增加了相間界面摩擦、相間傳熱、相間質(zhì)量交換、壁面摩擦、壁面?zhèn)鳠岬缺緲?gòu)方程。

        2.1 守恒方程模型

        汽液質(zhì)量守恒方程為:

        汽液動(dòng)量守恒方程為:

        汽液能量守恒方程為:

        式中:k表示汽相g或液相f;i表示界面;α表示體積百分比;μ表示流速;h表示焓值;Γk表示界面?zhèn)髻|(zhì);Fwk表示壁面摩擦;Fik表示界面摩擦;Fa表示外力場(chǎng)作用;qik表示界面?zhèn)鳠幔籷wk表示壁面?zhèn)鳠?;Γk、Fwk、Fik、Fa、qik、qwk均為未知量,需要通過(guò)本構(gòu)封閉方程獲得。

        2.2 本構(gòu)封閉方程模型

        NUMAP 采用的熱工水力守恒方程,在數(shù)學(xué)上封閉求解時(shí)需補(bǔ)充本構(gòu)封閉方程模型,包括流動(dòng)阻力系數(shù)模型、換熱系數(shù)模型、流型圖及流型轉(zhuǎn)換判定條件、水和蒸汽物性計(jì)算等模型[13]。

        2.3 方程離散求解

        守恒方程與本構(gòu)封閉方程構(gòu)成了求解熱工水力問(wèn)題的非線性方程組。在方程組的求解過(guò)程中,通過(guò)數(shù)值方法進(jìn)行求解模型中壓力—速度耦合關(guān)系。在離散過(guò)程中,采用Patankar、Spalding 在交叉網(wǎng)格上速度和壓力耦合求解[14]的基礎(chǔ)上提出半隱式方法(Semi-Implicit Method for Pressure Linked Equations,SIMPLE),即求解壓力耦合方程的半隱方法。

        對(duì)于一維流體,交叉網(wǎng)格指將速度及壓力分別儲(chǔ)存在兩套不同的網(wǎng)格上。其中,壓力儲(chǔ)存在控制體中心(節(jié)點(diǎn))處,速度儲(chǔ)存在兩控制體間的界面上。在計(jì)算速度修正值時(shí),無(wú)需考慮相鄰界面上的速度修正值對(duì)該界面上速度修正值的影響,即界面上速度修正值僅由相鄰控制體節(jié)點(diǎn)間的壓力修正值所決定(見(jiàn)圖1)。

        Fig.1 Storage of pressure and velocity圖1 壓力與速度存儲(chǔ)

        3 并聯(lián)通道系統(tǒng)模型建立與工程驗(yàn)證

        3.1 并聯(lián)雙通道系統(tǒng)模型搭建與驗(yàn)證

        并聯(lián)加熱雙通道實(shí)驗(yàn)在高溫高壓汽水兩相熱工水力實(shí)驗(yàn)裝置上開(kāi)展,裝置設(shè)計(jì)壓力17.2 MPa,溫度350 ℃,實(shí)驗(yàn)質(zhì)量流量范圍100~5 000 kg/(m2·s)[15]。參考實(shí)驗(yàn)臺(tái)架設(shè)備,利用NUMAP 平臺(tái)熱工水力模型庫(kù)中的管道、分支及進(jìn)出口邊界等模型,采用拖拽式建模方式快速建立并聯(lián)加熱雙通道系統(tǒng)模型,如圖2所示。

        Fig.2 Thermal hydraulic model library of NUMAP圖2 NUMAP熱工水力模型庫(kù)

        搭建完畢后,參考實(shí)驗(yàn)臺(tái)架通過(guò)參數(shù)面板設(shè)置結(jié)構(gòu)參數(shù)與初始化參數(shù),建立系統(tǒng)模型,如圖3所示。

        Fig.3 Model of parallel heating dual-channel system圖3 并聯(lián)加熱雙通道系統(tǒng)模型

        仿真計(jì)算工況的開(kāi)展方式是在系統(tǒng)壓力及入口參數(shù)保持不變的前提下,階梯式緩慢提升加熱功率,每提升一次功率后保持2 min,直至流動(dòng)不穩(wěn)定現(xiàn)象發(fā)生時(shí)加熱功率不變,并記錄通道出口的質(zhì)量含氣率,仿真計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4、圖5所示。

        Fig.4 Calculation error of uniform heating圖4 均勻加熱計(jì)算誤差

        Fig.5 Calculation error of non-uniform heating圖5 非均勻加熱計(jì)算誤差

        參考實(shí)驗(yàn)工況,對(duì)均勻加熱和非均勻并聯(lián)加熱雙通道流動(dòng)不穩(wěn)定性分別進(jìn)行仿真模擬,選取流動(dòng)不穩(wěn)定性發(fā)生點(diǎn)通道出口質(zhì)量含氣率的仿真計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)值進(jìn)行比較,均勻加熱和非均勻加熱工況下仿真計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果誤差最大值分別為18.87%、15.7%,滿足該實(shí)驗(yàn)工況下20%的誤差要求,表明NUMAP 軟件可用模擬分析并聯(lián)通道流動(dòng)不穩(wěn)定性瞬態(tài)特性。

        3.2 不同加熱通道數(shù)對(duì)并聯(lián)多通道流動(dòng)不穩(wěn)定邊界的影響

        由于并聯(lián)多通道系統(tǒng)存在多種核電設(shè)備中,其流動(dòng)不穩(wěn)定性會(huì)導(dǎo)致臨界熱流密度(CHF)明顯下降或設(shè)備發(fā)生機(jī)械振蕩,影響核電站正常運(yùn)行。因此,在核電站的運(yùn)行過(guò)程中,如何避免并聯(lián)多通道系統(tǒng)流動(dòng)不穩(wěn)定現(xiàn)象發(fā)生一直是熱議的研究課題。本文在驗(yàn)證NUMAP 軟件對(duì)并聯(lián)加熱雙通道流動(dòng)不穩(wěn)定性瞬態(tài)計(jì)算能力的基礎(chǔ)上,對(duì)并聯(lián)多通道流動(dòng)不穩(wěn)定性邊界進(jìn)行仿真計(jì)算。

        3.2.1 流動(dòng)不穩(wěn)定性邊界

        Ishii[16]研究發(fā)現(xiàn),流動(dòng)不穩(wěn)定性邊界可由無(wú)量綱相變數(shù)Npch和過(guò)冷度數(shù)Nsub構(gòu)成。目前許多學(xué)者采用Npch-Nsub圖來(lái)繪制流動(dòng)不穩(wěn)定邊界和不穩(wěn)定區(qū)域的準(zhǔn)確性,效果較好,因此本文也沿用該方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。無(wú)量綱相變數(shù)Npch和無(wú)量綱過(guò)冷度數(shù)Nsub為:

        式中:Q為總加熱功率,單位為W;W為通道進(jìn)口總流量,單位為kg/s;hfg為汽化潛熱,單位為J/kg;Δhsub為進(jìn)口欠焓,單位為J/kg;vfg為飽和氣液兩相比容差,單位為m3/kg;vf為飽和液相比容,單位為m3/kg。

        3.2.2 多通道流動(dòng)不穩(wěn)定性邊界

        根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)工況進(jìn)行并聯(lián)雙、三、四通道系統(tǒng)進(jìn)行流動(dòng)不穩(wěn)定性邊界的研究,仿真曲線如圖6—圖8所示。

        Fig.6 Flow rate curve for parallel dual-channel system with symmetric uniform heating圖6 雙通道對(duì)稱(chēng)均勻加熱流量曲線

        Fig.7 Flow rate curve for parallel triple-channel system with symmetric uniform heating圖7 三通道對(duì)稱(chēng)均勻加熱流量曲線

        Fig.8 Flow rate curve for parallel quadruple-channel system with symmetric uniform heating圖8 四通道對(duì)稱(chēng)均勻加熱流量曲線

        在并聯(lián)加熱多通道系統(tǒng)仿真中,隨著加熱功率上升,加熱通道出口達(dá)到飽和后開(kāi)始出現(xiàn)氣液兩相流動(dòng)。隨著氣液兩相流動(dòng)的含氣率逐漸增大,當(dāng)通道出口含氣率增大到一定程度后,并聯(lián)多通道系統(tǒng)中各通道的流量出現(xiàn)周期性流量脈動(dòng),即發(fā)生了流動(dòng)不穩(wěn)定性,如圖6—圖8 中局部放大部分所示。

        在不同工況下設(shè)置加熱通道數(shù)目分別為2、3、4 時(shí),計(jì)算得到流動(dòng)不穩(wěn)定發(fā)生點(diǎn)過(guò)冷度數(shù)Nsub和相變數(shù)Npch,并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行并聯(lián)多通道系統(tǒng)流動(dòng)不穩(wěn)定性邊界的比較,如圖9 所示。由此可見(jiàn),流動(dòng)不穩(wěn)定性邊界相差在±5%以內(nèi),仿真計(jì)算的結(jié)果與王艷林等[15]實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致,即存在多個(gè)并聯(lián)加熱通道時(shí),采用并聯(lián)雙通道結(jié)構(gòu)即可獲得其流動(dòng)不穩(wěn)定性邊界。

        Fig.9 Flow instability boundaries under different heating channel numbers圖9 不同加熱通道數(shù)目下流動(dòng)不穩(wěn)定性邊界

        4 結(jié)語(yǔ)

        流動(dòng)不穩(wěn)定性是核反應(yīng)堆熱工安全的重要研究課題之一,仿真分析可作為開(kāi)展流動(dòng)不穩(wěn)定性研究的重要手段。本文基于Modelica 語(yǔ)言開(kāi)發(fā)的NUMAP 軟件搭建了并聯(lián)雙通道加熱模型,仿真模擬結(jié)果表明,實(shí)驗(yàn)誤差滿足實(shí)驗(yàn)工況下的誤差要求,驗(yàn)證了模型對(duì)流動(dòng)不穩(wěn)定現(xiàn)象的瞬態(tài)計(jì)算分析能力。

        同時(shí),本文使用NUMAP 軟件進(jìn)行并聯(lián)多通道加熱模型的仿真研究,在加熱通道數(shù)分別為2、3、4 時(shí),計(jì)算流動(dòng)不穩(wěn)定發(fā)生點(diǎn)過(guò)冷度數(shù)Nsub和相變數(shù)Npch的值,發(fā)現(xiàn)其流動(dòng)不穩(wěn)定性邊界相差均在±5%以內(nèi),證實(shí)了在多個(gè)并聯(lián)加熱通道時(shí),采用并聯(lián)雙通道結(jié)構(gòu)可獲得其流動(dòng)不穩(wěn)定邊界。

        猜你喜歡
        實(shí)驗(yàn)模型系統(tǒng)
        一半模型
        記一次有趣的實(shí)驗(yàn)
        Smartflower POP 一體式光伏系統(tǒng)
        WJ-700無(wú)人機(jī)系統(tǒng)
        ZC系列無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)
        重要模型『一線三等角』
        重尾非線性自回歸模型自加權(quán)M-估計(jì)的漸近分布
        做個(gè)怪怪長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)
        連通與提升系統(tǒng)的最后一塊拼圖 Audiolab 傲立 M-DAC mini
        3D打印中的模型分割與打包
        国产精品久久久久久婷婷| 日本老熟妇五十路一区二区三区| 最新中文字幕人妻少妇| 亚洲裸男gv网站| 香蕉视频一级| 免费观看在线视频一区| 精品国内日本一区二区| 粉嫩被粗大进进出出视频| 亚洲欧美日韩国产色另类| 亚洲高清美女久久av| 国内嫩模自拍诱惑免费视频| 日韩放荡少妇无码视频| 国产美女精品aⅴ在线| 精品人妻久久av中文字幕| 久久精品国产亚洲av麻豆瑜伽| 777午夜精品免费观看| 亚洲AV永久天堂在线观看| 国产女主播在线免费看| 亚洲开心婷婷中文字幕| 无码任你躁久久久久久| 久久久久国产精品片区无码| 亚洲成人av在线播放不卡| 很黄很色很污18禁免费| 国产人妻无码一区二区三区免费 | 国产中文欧美日韩在线| 亚洲AV无码一区二区三区ba| 成年女人18毛片观看| 四虎成人精品在永久免费| 熟妇人妻av无码一区二区三区| 亚洲国产成人Av毛片大全| 小池里奈第一部av在线观看| 人人妻人人狠人人爽| 夜夜综合网| 国产精品一区又黄又粗又猛又爽 | 欧美人与动人物牲交免费观看久久| 成人久久免费视频| 亚洲一区二区三区最新视频| 日本一卡二卡3卡四卡免费观影2022 | 国产护士一区二区三区| 国产一区二区三区在线电影| 无码中文字幕加勒比一本二本|