[发明专利]一种水下航行器壳体冷凝器的设计方法

说明书

本发明公开了一种水下航行器壳体冷凝器的设计方法，该方法通过切片法将整个冷凝管道划分成N个尽可能小的控制单元进行计算。第一个控制体的入口条件等于初始条件。在每个控制单元i中，所有热物性参数均设为恒定常数，按照当前的温度及压强在NIST物性参数数据库中自动查找。之后通过查找到的干度x，进行当前控制单元所处位置的判断，进而选择不同的计算模型：single‑phase或者two‑phase。以上两种模型均采用与自己工况相同时的经验关联式，包括单相及两相情况下的压降及换热关联式。按照计算结果对当前控制体出口结果进行更新。最后，将当前控制体出口结果当作下一个控制体的入口条件，依次进行迭代，直至完成所有控制体的计算。该方法对于水下航行器壳体冷凝器的结构设计提供了一定的参考，同时大大降低了研发成本。

技术领域

本发明涉及一种冷凝器的设计方法，更具体的说，是涉及一种基于切片法的水下航行器壳体冷凝器的设计方法。

背景技术

闭式循环热动力系统由于不向外做任何排放，隐蔽性好，不受背压影响，从而得到水下航行器研究者的青睐。由于该动力系统不向外做任何排放，做工后的乏汽需经冷凝装置冷却成为液态后才能维持循环的继续。因此，冷凝器是闭式循环热动力系统的重要组件。

由于水下航行器特殊的运行环境，其结构尺寸及载荷强度均是重要的设计指标且受到严格限制。为了节省能量同时降低载荷，壳体冷凝器通常与水下航行器的外壳做成一体的，冷凝通道则是布置在外壳体内部的一排排平行通道，壳体外侧的海水被当作冷源。

冷凝过程牵涉到相变二次流等问题，本身机理较为复杂。传统冷凝器设计方法参数修改性差，设计成本较高，且设计周期较长。如何针对水下航行器壳体冷凝器的特殊结构，设计出一套灵活、通用性强、可封装的设计方法，仅通过修改设计要求便可以得到各尺寸参数，尽可能地降低设计成本及时间，成了未来研究方向的重点。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述背景技术中所提到的问题，提供了一种水下航行器壳体冷凝器的设计方法，该方法通过切片法将整个冷凝管道划分成N个尽可能小的控制单元进行计算。第一个控制体的入口条件等于初始条件。在每个控制单元i中，所有热物性参数均设为恒定常数，按照当前的温度及压强在NIST物性参数数据库中自动查找。之后通过查找到的干度x，进行当前控制单元所处位置的判断，进而选择不同的计算模型：single-phase或者two-phase。以上两种模型均采用与自己工况相同时的经验关联式，包括单相及两相情况下的压降及换热关联式。按照计算结果对当前控制体出口结果进行更新。最后，将当前控制体出口结果当作下一个控制体的入口条件，依次进行迭代，直至完成所有控制体的计算。该方法对于水下航行器壳体冷凝器的结构设计提供了一定的参考，同时大大降低了研发成本。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种水下航行器壳体冷凝器的设计方法，具体实施包括步骤：

步骤1：将冷凝管道划分成N个小的控制单元；

步骤2：每个控制单元中工作介质的热物性通过当前温度及压强在NIST中进行查找；

步骤3：依据步骤2在NIST中所得到的干度x为指标，判断当前控制体适用于single-phase计算模型还是two-phase计算模型，计算出流过该控制体后工质的压降⊿P及散热量⊿h；

步骤4：更新流过当前控制体后，工质的温度T和压强P；

步骤5：判断所有控制体是否全部计算结束，若已完成，则保存数据，结束计算；否则，转去步骤2继续计算。

进一步地，所述步骤1中，控制单元要尽可能的小，即N尽可能的大。