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申请/专利权人：西安交通大学

摘要：本发明公开了一种基于有限体积求解平台的直流式蒸汽发生器耦合换热计算方法，具体步骤如下：1、对直流式蒸汽发生器的几何模型进行简化处理；2、在有限体积求解平台中应用blockMesh程序对简化后的直流式换热器几何模型进行网格划分；3、构建直流式蒸汽发生器一、二次侧的网格映射关系；4、在有限体积求解平台中构建一、二次侧区域计算模型；5、基于有限体积方法离散NS方程并求解，得到直流式蒸汽发生器一、二次侧的流速、温度、压力等热工水力参数；6、根据步骤四的直流式热交换器计算模型和步骤五得到的热工水力参数，更新直流式蒸汽发生器的一、二次侧壁面温度；7、通过迭代计算，判断是否收敛。本发明能够以较低的计算代价实现直流式蒸汽发生器的一、二次侧耦合换热的快速模拟计算，为直流式蒸汽发生器的运行和设计提供技术指导。

主权项：1.一种基于有限体积求解平台的直流式蒸汽发生器耦合换热计算方法，其特征在于：具体步骤如下：步骤1：对直流式蒸汽发生器的几何模型进行简化处理，将一、二次侧的流动区域简化成一维模型，忽略固体结构区域；为确保简化的几何模型与原始的几何模型的几何形状之间的等效性，需要满足管道长度相同和管道体积守恒；简化后的几何模型是两根平行的一维管道；步骤2：根据步骤一简化的直流式蒸汽发生器几何模型，在有限体积求解平台OpenFOAM中建立直流式蒸汽发生器网格参数数据文件blockMeshDict，通过blockMesh程序将直流式蒸汽发生器网格参数数据文件blockMeshDict转换成直流式蒸汽发生器网格文件polyMesh；步骤3：构建直流式蒸汽发生器一二次侧的网格映射关系，具体步骤如下：步骤3-1：读取步骤2创建的直流式蒸汽发生器网格文件polyMesh，得到原始网格信息，包括原始网格数据点的坐标信息、原始网格数据面的点连接信息、原始网格数据单元的面连接信息；创建一套新网格信息，包括新网格数据点的坐标信息、新网格数据面的点连接信息、新网格数据单元的面连接信息；新网格数据点的坐标信息基于原始网格数据点的坐标信息进行平移得来，平移距离等于步骤1中两根平行的一维管道的距离，新网格数据面的点连接信息、新网格数据单元的面连接信息分别与原始网格数据面的点连接信息、原始网格数据单元的面连接信息一致；步骤3-2：根据步骤3-1创建的新网格信息，进一步构建出一套新网格translatedMesh；两套网格的重合区域为原始网格的二次侧区域与新网格的一次侧区域重合；步骤3-3：基于原始网格和新网格，使用有限体积求解平台中meshToMesh类，通过实例化得到mappingPtr类对象；调用meshToMesh类中的mapSrcToTgt函数和mapTgtToSrc函数，从而使得新网格的一次侧与原始网格的二次侧的网格索引一一对应；步骤4：在有限体积求解平台中构建直流式蒸汽发生器的计算模型，具体步骤如下：步骤4-1：构建直流式蒸汽发生器一次侧、二次侧流体区域计算模型，具体包括： 式中：αf、αg——液相、汽相的相分数；ρf、ρg——液相、汽相的密度；vf、vg——液相、汽相的速度；Γ——相间单位体积传质速率；p——压力；Fw,f、Fw,g——液相、汽相与壁面间的摩擦阻力；g——重力加速度；Fi——相间的摩擦阻力；vi——界面速度；hf、hg——液相、汽相的比焓；Qw,f——液相与壁面间的热量传递；h'f、h'g——界面处液相、汽相的比焓；Qi,f、Qi,g——液相、汽相与界面间的热量传递；步骤4-2：构建耦合直流式蒸汽发生器一次侧、二次侧流体换热的虚拟固体壁温计算模型见下式7-12，通过该模型计算一次侧壁面温度tw1和二次侧壁面温度tw2： 式中：Af1、Af2、Aw——一次侧与壁面、二次侧与壁面、固体域的传热面积；Hf1、Hf2——一次侧与壁面、二次侧与壁面的传热系数；Hw——固体域的热导；以上步骤4-1构建的直流式蒸汽发生器一次侧、二次侧流体区域计算模型及步骤4-2构建的耦合直流式蒸汽发生器一次侧、二次侧流体换热的虚拟固体壁温计算模型构成了直流式蒸汽发生器的计算模型；步骤5：采用有限体积方法离散步骤4-1中构建的直流式蒸汽发生器一次侧、二次侧流体区域计算模型，基于压力速度耦合的PIMPLE算法进行求解，得到一二次侧温度、流速、压力热工水力参数；步骤6：根据步骤4-1构建的直流式蒸汽发生器一次侧、二次侧流体区域计算模型和步骤4-2构建的直流式蒸汽发生器一次侧、二次侧流体换热的虚拟固体壁温计算模型，更新一次侧壁面温度tw1、二次侧壁面温度tw2、液相与壁面间的换热量Qw,f；步骤7：判断基本控制方程的残差是否在规定范围内，否则返回步骤4进行迭代求解；是则进行下一步骤；步骤8：判断模拟的时间是否达到最终时间，否则推进时间步，返回步骤4进行新时间步的迭代求解，是则输出最终计算结果。

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百度查询： 西安交通大学 基于有限体积求解平台的直流式蒸汽发生器耦合换热计算方法