[发明专利]运动条件下核动力系统管壳式换热器数值模型建立方法

权利要求书

1.运动条件下核动力系统管壳式换热器数值模型建立方法，其特征在于：包括静止条件下的管壳式换热器数值计算模型建立、复合运动的分解、单一运动受力分解及附加力源项的建立、复合运动下附加力源项的合成、不同运动形式下的换热系数影响因子确定、模型计算节点数量确定；

具体步骤如下：

步骤1：根据核动力系统管壳式换热器几何结构特点，对其进行适用于计算流体动力学程序使用的管壳式换热器三维几何模型建立，要求三维几何模型分别包括管壳式换热器两侧冷却剂流域；为了在提高模拟结果精度的同时尽量减小建模过程的工作量，该步骤根据对核动力系统管壳式换热器的传热管的具体数量以及传热管结构的复杂性判断是否采用多孔介质方法对传热管束进行几何简化；

步骤2：对建好的管壳式换热器三维几何模型，根据结构特点对其进行数值计算节点划分，保证数值求解结果精确、耗散低、收敛性高；

在划分过程中需注意若管壳式换热器三维几何模型未采用多孔介质方法对几何进行简化，则需考虑壁面函数对距壁面第一层节点高度的要求，严格控制节点划分数目及质量，若采用多孔介质方法对管束几何进行了简化，则需要根据多孔介质模型的特点对该简化部分进行计算节点划分，计算节点尺寸大小需要满足多孔介质方法假设限制；最终经过初始条件以及边界条件的设置，即获得适用于静止条件下管壳式换热器的三维热工水力数值计算模型；

步骤3：根据实际管壳式换热器的运动工况，将复杂复合运动逐一分解为几种典型单一运动，典型的单一运动包括水平或垂直加速运动、绕定轴倾斜运动、绕定轴摇摆运动三种，运动分解结果将为这三种单一运动的任意组合；

步骤4：分析各单一运动条件下管壳式换热器的受力特点，对所受惯性力、科氏力、重力、离心力在笛卡尔坐标系下分别开展受力分解；在受力分析结果的基础上，对各单一运动分别建立不同坐标方向上的附加力源项计算模型；

步骤5：基于运动条件下管束内以及管束外单相流及两相流的流动换热模型，确立各单一运动对管壳式换热器两侧流动换热系数的影响因子，结合管壳式换热器运动分解结果确定复合运动条件下管壳式换热器两侧的总换热系数，该换热系数为不同单一运动下换热系数加权平均，该步骤能够充分考虑不同运动条件对换热系数的影响；

步骤6：分别将步骤4获得的各单一运动下的附加力源项添加至管壳式换热器一次侧及二次侧每个计算节点的动量离散方程中，以此体现运动附加力对管壳式换热器管内及管外流动阻力的影响，将步骤5获得的复合运动条件下的换热系数引入静止条件下管壳式换热器的三维热工水力数值计算模型，修正其一、二次侧流动换热系数计算模型；

通过以上步骤即获得适用于复合运动条件下的管壳式换热器三维热工水力数值计算模型，最后将通过计算节点对计算结果的影响来最终确定既不会影响计算精度又能够尽可能提高计算效率的最佳计算节点数量。