[发明专利]一种宽参数范围二氧化碳物性求解方法

说明书

本发明公开了一种宽参数范围二氧化碳物性求解方法，在二氧化碳临界点的区域采用真实气体状态方程进行迭代求解；在远离二氧化碳临界点的区域采用拟合关系式进行物性进行直接求解；在边界区域采用拟合关系式和真实气体状态方程进行插值求解，计算得到饱和液焓值、饱和气焓值、温度、比容、热导率和动力粘度物性参数。本发明既保证二氧化碳的计算精度，又提升反应堆数值计算程序的求解速度。

技术领域

本发明属于核反应堆安全分析计算技术领域，具体涉及一种宽参数范围二氧化碳物性求解方法。

背景技术

超临界二氧化碳布雷顿循环，具有热效率高、系统简化紧凑等优点，是非常有前景的第四代核反应堆能量转换系统。超临界二氧化碳布雷顿循环稳态运行时，压缩机入口处的超临界二氧化碳处于临界点附近，二氧化碳将经历剧烈且迅速的物性变化，二氧化碳的比容，比热，热导率等关键物性参数均会发生畸变。另外，在瞬态或事故时，超临界二氧化碳布雷顿循环的运行状态点将经历大范围的物性变化，因此，准确的二氧化碳物性计算方法，对于实现超临界二氧化碳布雷顿循环反应堆的稳态设计、瞬态控制策略以及事故分析，均具有非常重要的使用价值。

目前流体热力学物性的计算方法主要有图表法、状态方程法和拟合关系式法三类。图表法是通过制成的图和表来计算流体的热力学物性，该方法优点是简单易懂但是缺点是计算效率很低，不适用于大型热力分析程序。状态方程法是流体热力学物性计算的根本方法，该方法是基于严格的理论和实验研究而建立的，故这类方法具有精度高的优点，但是缺点是模型复杂、计算时间长和编程复杂。拟合关系式法是流体热力学物性的简化计算方法，该方法通过对已有的热力学物性数据进行拟合，得到了满足一定精度的数学关系式。由于采用的关系式一般为多项式、分式等简单数学关系式，故该方法具有计算简单、计算量小、计算精度较高、适用于计算机编程求解的优点，在热力计算程序中被大量采用。

当前二氧化碳热力分析程序主要采用状态方程法来进行物性计算，该方法可以计算得到精度较高的二氧化碳物性。但是，状态方程法需要大量迭代来得到物性结果，计算时间长。物性计算在热力计算程序中非常重要，尤其是在瞬态热力计算程序中，物性计算占据程序计算时间的20％左右。如果物性计算速度慢，会导致瞬态热力计算程序的计算速度成倍降低。用拟合关系式来计算物性可有效提高计算效率。但是，二氧化碳在临界点附近的物性畸变导致拟合关系式的计算精度不足。

二氧化碳的物性特点导致现有可用于超临界二氧化碳反应堆布雷顿循环的瞬态和事故数值分析程序在计算精度或计算速度上不满足要求。亟待开发一种快速准确求解宽参数范围二氧化碳物性的方法，提升瞬态热力计算程序的计算精度和计算速度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种宽参数范围二氧化碳物性求解方法，既保证二氧化碳的计算精度，又提升反应堆数值计算程序的求解速度。

本发明采用以下技术方案：

一种宽参数范围二氧化碳物性求解方法，在二氧化碳临界点的区域采用真实气体状态方程进行迭代求解；在远离二氧化碳临界点的区域采用拟合关系式进行物性求解；在边界区域采用拟合关系式和真实气体状态方程进行插值求解，计算得到饱和液焓值、饱和气焓值、温度、比容、热导率和动力粘度物性参数。

具体的，采用与压力相关的多项式拟合关系式求解饱和液相焓值如下：

其中，h_l1(p)为低压区的饱和液相焓值，h_l2(p)为高压区的饱和液相焓值，h_l3(p)为插值区的饱和液相焓值，p为压力，MPa，a、b、i均为常系数。

具体的，采用与压力相关的多项式拟合关系式求解饱和气相焓值如下：