[发明专利]一种基于数字孪生的冷箱设备数学建模方法、装置、存储介质及设备

权利要求书

1.一种基于数字孪生的冷箱设备数学建模方法，其特征在于：

获取用户配置的冷箱壳程结构参数及壳程内物质的初始参数，该初始参数包括壳程内物质的初始信息；

获取用户配置的冷箱管程结构参数及管程内物质的初始参数，该初始参数包括管程物流股数和管程内物质的初始信息；

获取用户配置的区域数；

基于区域数将冷箱沿壳程内物流流向切割成多段区域；

基于壳程的结构参数和壳程内物质的初始参数，以及管程的结构参数和管程内物质的初始参数迭代计算管、壳程在各段区域出口的出口物流信息。

2.根据权利要求1所述的基于数字孪生的冷箱设备数学建模方法，其特征在于：所述初始信息包括温度、压力、质量流量、摩尔流量、组分摩尔或质量浓度；

所述出口物流信息包括温度、压力、质量流量、摩尔流量、组分摩尔、质量浓度、焓值、熵值、吉布斯自由能、内能。

3.根据权利要求2所述的基于数字孪生的冷箱设备数学建模方法，其特征在于，所述基于壳程的结构参数和壳程内物质的初始参数，以及管程的结构参数和管程内物质的初始参数迭代计算各区域内管、壳程的出口物流信息，包括：

获取用户选择的冷箱管壳程换热方式，并流或逆流；

当选择并流时，壳程进料物流与壳程第一段区域内的物质混合、各管程进料物流分别与各管程第一段区域内的物质混合，调用多股流换热闪蒸计算，闪蒸结束后，超出第一段壳程的物流往第二段区域内流动，再与壳程第二段区域内的物质混合，管程也用相同方式处理，再次调用多股流闪蒸，计算得到管、壳程各段区域的温度；

当选择逆流时，各管程进料物流分别与各管程第一段区域内的物质混合，壳程物料与对后一段区域内的物质混合，调用多股流换热闪蒸计算，闪蒸结束后超出第一段管程的物流往第二段区域内流动，超出第一段壳程的物流作为出口的物流，壳程的第二段物流与前一时刻第三段出口物流混合，再次调用多股流闪蒸，计算得到管、壳程各段区域的温度。

4.根据权利要求3所述的基于数字孪生的冷箱设备数学建模方法，其特征在于：某段区域内调用多股流换热闪蒸计算，包括：

S1、假设壳程物流在该某段区域出口的初始温度为TnB0，且TnB1＝TnB0+Tstep；

S2、假设第i股管程物流在该某段区域出口的初始温度为TnA0[i]，且TnA1[i]＝TnA0[i]+Tstep；

S3、用割线法计算第i股管程物流在该某段区域出口的温度TnA2[i]；

TnA2[i]＝TnA1[i]-(TnA1[i]-TnA0[i])/(fnA1[i]-fnA0[i])*fnA1[i]；

fnA0[i]＝molarA[i]*(H_A0,temp[i]+△HA_staticChange[i]-H_A,in[i])-(TnB-TnA0[i])*KA[i]；

同理计算fnA1[i]和fnA2[i]；

若fnA[i]＝ζ，则输出第i股管程物流在该某段区域相应的出口温度TnA[i]，此时TnA[i]＝TnA2[i]；

其中：molarA[i]为第i股管程物流在该段区域的进口摩尔数；H_A0,temp[i]为第i股物流在TnA0[i]下的焓值；△HA_staticChange[i]为第i股管程物流管壁的焓值改变量；H_A,in[i]为第i股管程物流的进口总焓值；TnB为相应壳程物流的出口温度；KA[i]为第i股物流对应的换热面积与时间△t的乘积；TnA0[i]为第i股管程物流在该段区域出口的初始温度值；TnA2[i]采用割线法计算出新的第i股管程物流在该段区域出口温度值；Tstep为步长；TnA[i]为满足收敛结果的第i股管程物流在该段区域出口温度；fnA[i]表示第i股管程物流在该段区域进出口焓差，fnA0[i]、fnA1[i]、fnA2[i]分别表示出口温度分别为TnA0[i]、TnA1[i]、TnA2[i]时的进出口焓差；

S4、计算第i股管程物流的换热量heatQ[i]＝(TnA2[i]-TnB)*KA[i]，累积起来得到总换热量totalHeatQ；

其中，heatQ[i]表示第i股管程物流在该某段区域的换热量；totalHeatQ表示壳程物流在该某段区域的换热量；

S5、用割线法计算壳程物流在该某段区域出口的温度TnB2；

TnB2＝TnB1-(TnB1-TnB0)/(fnB1-fnB0)*fnB1；

fnB＝molarB*(H_B,temp+△H_{BstaticChange}-H_B,in)-totalHeatQ；

若fnB＝ζ，则输出壳程物流在该某段区域的出口温度TnB，此时TnB＝TnB2；

其中，molorB表示壳程物流在该某段区域进口摩尔数；H_B,temp表示壳程温度为TnB时对应的焓值；△H_{BstaticChange}表示壳程壳体的焓值变化；H_B,in表示壳程在该某段区域的物流进口焓值；fnB表示壳程在该段区域的进出口焓差。