[发明专利]一种蒸汽发生器一二次侧对流换热系数分布的估计方法

说明书

本发明提供了一种蒸汽发生器一二次侧对流换热系数分布的估计方法，具体包括：获取给定时刻下蒸汽发生器的实时运行数据；建立下降通道模型，得到当前时刻下降通道底部出口液相工质的流量、温度及压力；建立一回路冷却剂模型，得到当前时刻沿倒U型管高度的一回路冷却剂的流速、温度、压力分布以及一次侧对流换热系数分布；建立上升通道模型，得到当前时刻沿倒U型管高度的二回路工质的流速、温度、压力分布以及二次侧对流换热系数分布；建立汽水分离器模型，计算得到汽水分离器出口气相工质、液相工质的温度、压力和质量流量。本发明能实现蒸汽发生器一二次侧对流换热系数分布的实时估计。

技术领域

本发明给出了一种机理建模与DCS(运行机组现场分布式控制系统)实时测量数据相结合的核电蒸汽发生器对流换热系数分布实时估计(辨识)方法，属于核电站运行优化控制技术领域。

背景技术

在核电站中，反应堆出来的高温高压冷却剂首先进入蒸汽发生器的进口腔，然后流入倒U形管，将热量通过倒U型管金属管壁传递给二次侧流体后流出U型管，由出口腔流出。在二次侧，给水与一二级汽水分离器分离出来的再循环流体混合后形成混合水，流入蒸汽发生器下降通道，在底部经套筒缺口进入传热管束，然后向上流动进入热交换区域，冲刷倒U型管壁，吸收一次侧冷却剂热量，在沸腾段发生相变饱和并沸腾，产生的汽水混合流向上流经一二级汽水分离器。从分离器分离出来的饱和蒸汽进入蒸汽腔室，然后输出到汽轮机/发电机组做功。

蒸汽发生器结构复杂，在蒸汽发生器内部存在着复杂的传热过程。例如在蒸汽发生器二回路侧，倒U型管向工质的热量传递包括单相对流换热、过冷沸腾以及饱和沸腾对流换热。在沸腾对流换热过程中，二回路工质局部汽化，形成气液两相流。气泡产生、成长、脱离壁面区域的过程强烈扰动二回路水位及传热阻力。而在蒸汽发生器一回路侧，冷却剂向倒U型管的热量传递为单相对流换热。由于蒸汽发生器系统的非线性、非对称性、时滞以及两相流换热过程的复杂性，目前国内外的相关研究以对蒸汽发生器集总参数建模和稳态性能仿真为主，对蒸汽发生器内部工质动态研究较少，故研究成果并不能用于变工况条件下的蒸汽发生器动态特性仿真，也不能用于改进蒸汽发生器的实时液位控制系统的控制品质。

经过对现有技术检索后发现，授权公告号为CN201510212481.7，授权公告日为2015年08月12日的中国发明专利“一种直管式直流蒸汽发生器换热性能的仿真方法”，提出了一种基于传热分区的直流蒸汽发生器一维均相流数学模型，采用适当的判别条件对二次侧换热过程进行划分，在此基础上自主开发了基于MATLAB软件的直流蒸汽发生器换热仿真程序，进行直流蒸汽发生器在不同工况下稳态换热性能的仿真。该专利主要贡献在于提出了一种蒸汽发生器均相流稳态数学模型，但不能动态的实时输出蒸汽发生器沿倒U型管高度的、一二次侧对流换热系数分布。

综上，现有公开报道均未涉及核电蒸汽发生器沿倒U型管高度的、一二次侧对流换热系数分布实时估计问题，这一空缺有待填补。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种核电蒸汽发生器沿倒U型管高度的、一二次侧对流换热系数分布实时估计方法。

本发明是通过以下技术方案实现的。

本发明提供了一种蒸汽发生器一二次侧对流换热系数分布的估计方法，包括：

获取给定时刻下蒸汽发生器的实时运行数据；

将蒸汽发生器划分为热段、冷段和汽水分离器，其中热段和冷段又分别划分为下降通道和上升通道：下降通道是指外壳与内部套筒之间工质流经的空间，工质向下流动；上升通道是指内部套筒与倒U型管壁之间工质流经的空间，工质向上流动；

利用获取的蒸汽发生器的实时运行数据，建立下降通道模型，采用龙格库塔法解算下降通道模型，得到当前时刻下降通道底部出口液相工质的温度、压力及质量流量；