CN114595590A - 再生式换热器偏离设计工况下换热功率分析方法及*** - Google Patents

再生式换热器偏离设计工况下换热功率分析方法及*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了再生式换热器偏离设计工况下换热功率分析方法及***，涉及核工程及化工领域，其技术方案要点是：建立再生式换热器内部的热工耦合关系；采用两重镶嵌式的迭代方法对偏离设计工况下的一次水入口温度、流量以及二次水温度、流量下的换热功率进行计算，确定再生式换热器在偏离设计工况下的热工特性参数；依据热工特性参数分析得到再生式换热器在偏离设计工况下的换热能力。本发明可以有效求得再生式换热器在一次水与二次水的流量、入口温度与设计流量、入口温度偏离时的换热功率，以准确衡量换热能力与需求是否匹配。

Description

再生式换热器偏离设计工况下换热功率分析方法及***
技术领域
本发明涉及核工程及化工领域，更具体地说，它涉及再生式换热器偏离设计工况下换热功率分析方法及***。
背景技术
再生式换热器普遍应用于核工程及化工领域，主要用于高温一次流体与低温二次流体之间的换热。在再生式换热器中存在再生段与冷却段，再生段与冷却段在进出口设置上存在耦合关系。在运行中，高温一次流体流经再生段一次侧、冷却段一次侧，并回流至再生段二次侧。凭借该结构设置，再生式换热器可以避免高温一次流体与低温二次流体直接换热，因此减弱了较大的换热温差对换热器面力学性能的影响，并且同时降低二次流体局部气化的风险。
再生式换热器一般是基于某一工况开展结构设计并定型后投入使用，不过在实际的运行中，由于一次流体的来源存在差异，再生式换热器通常会运行在偏离设计工况下，并且由于再生式换热器内部结构的高耦合性，导致结构已定型的再生换热器工作于偏离设计工况下的换热功率存在较大偏差。
因此，如何研究设计一种能够克服上述缺陷的再生式换热器偏离设计工况下换热功率分析方法及***是我们目前急需解决的问题。
发明内容
为解决现有技术中的不足，本发明的目的是提供再生式换热器偏离设计工况下换热功率分析方法及***，可以有效求得再生式换热器在一次水与二次水的流量、入口温度与设计流量、入口温度偏离时的换热功率。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
第一方面，提供了再生式换热器偏离设计工况下换热功率分析方法，包括以下步骤：
建立再生式换热器内部的热工耦合关系；
采用两重镶嵌式的迭代方法对偏离设计工况下的一次水入口温度、流量以及二次水温度、流量下的换热功率进行计算，确定再生式换热器在偏离设计工况下的热工特性参数；
依据热工特性参数分析得到再生式换热器在偏离设计工况下的换热能力。
进一步的，所述热工耦合关系包括：
再生段一次侧出口温度等于冷却段一次侧入口温度；
再生段二次侧入口温度等于冷却段一次侧出口温度；
再生段一次侧换热功率等于再生段二次侧换热功率；
冷却段一次侧换热功率、冷却段二次侧换热功率均等于一次水焓降。
进一步的，所述两重镶嵌式的迭代方法包括第一重迭代计算和第二重迭代计算，第一重迭代计算作为一个子环节镶嵌在第二重迭代计算中
第一重迭代计算，用于依据再生段与冷却段换热面积裕量的绝对值小于标准值来获取再生段与冷却段的内外壁温；
第二重迭代计算，用于依据获取的再生段与冷却段的内外壁温与设置的再生段与冷却段的内外壁温之间差值的绝对值小于基准值来确定再生式换热器在偏离设计工况下的热工特性参数。
进一步的，所述第一重迭代计算的过程具体为：
任意设置再生段与冷却段的内外壁温为正值；
通过调整再生段一次侧出口温度以及再生段二次侧出口温度，并结合再生式换热器内部的热工耦合关系，开展再生式换热器热工参数的联动迭代计算；
设置再生段与冷却段的换热面积裕量的绝对值是否小于标准值作为迭代是否终止的依据；
当再生段与冷却段的换热面积裕量的绝对值大于标准值时，需调整再生段一次侧出口温度以及再生段二次侧出口温度，并最终使得再生段与冷却段的换热面积裕量的绝对值小于标准值。
进一步的，所述标准值可以依据计算精度的高要求趋近于0进行设置。
进一步的，所述第二重迭代计算的过程具体为：
当再生段与冷却段的换热面积裕量的绝对值小于标准值时，获取再生段与冷却段此时的内外壁温，并与设置的再生段与冷却段内外壁温进行比较；
当比较结果有偏差时，将获取的再生段与冷却段此时的内外壁温重新设置为再生段与冷却段的内外壁温；
在新的再生段与冷却段的内外壁温下，重新调整再生段一次侧出口温度、再生段二次侧出口温度，重复第一重迭代中的过程，直至设置的再生段与冷却段的内外壁温与第一重迭代获取的再生段与冷却段的内外壁温之间差值的绝对值小于基准值。
进一步的，所述基准值可依据计算精度的高要求趋近于0进行设置。
第二方面，提供了再生式换热器偏离设计工况下换热功率分析***，包括：
关系构建模块，用于建立再生式换热器内部的热工耦合关系；
迭代计算模块，用于采用两重镶嵌式的迭代方法对偏离设计工况下的一次水入口温度、流量以及二次水温度、流量下的换热功率进行计算，确定再生式换热器在偏离设计工况下的热工特性参数；
换热分析模块，用于依据热工特性参数分析得到再生式换热器在偏离设计工况下的换热能力。
第三方面，提供了一种计算机终端，包含存储器、处理器及存储在存储器并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如第一方面中任意一项所述的再生式换热器偏离设计工况下换热功率分析方法。
第四方面，提供了一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行可实现如第一方面中任意一项所述的再生式换热器偏离设计工况下换热功率分析方法。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明提出的再生式换热器偏离设计工况下换热功率分析方法，可以获取偏离设计工况下再生式换热器的换热能力，以准确衡量换热能力与需求是否匹配；
2、本发明提出的二重迭代计算，迭代计算依据可以有效提高再生式换热器在偏离设计工况下的校核计算精度。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1是本发明实施例中再生式换热器的结构示意图；
图2是本发明实施例中的整体流程图；
图3是本发明实施例中的***框图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1：再生式换热器偏离设计工况下换热功率分析方法，具体由以下步骤实现。
本发明基于如图1所示的再生式换热器的结构来建立再生式换热器内部的热工耦合关系，具体的，热工耦合关系包括：再生段一次侧出口温度等于冷却段一次侧入口温度；再生段二次侧入口温度等于冷却段一次侧出口温度；再生段一次侧换热功率等于再生段二次侧换热功率；冷却段一次侧换热功率、冷却段二次侧换热功率均等于一次水焓降。
针对偏离设计工况下的一次水入口温度、流量与二次水温度、流量下的换热功率计算，需要开展两重镶嵌式的迭代计算，其中第一重迭代作为一个子环节镶嵌在第二重迭代中。迭代完成后，确定再生式换热器在偏离设计工况下的热工特性参数。
如图2所示，第一重迭代计算的过程具体为：任意设置再生段与冷却段的内外壁温为正值；通过调整再生段一次侧出口温度以及再生段二次侧出口温度，并结合再生式换热器内部的热工耦合关系，开展再生式换热器热工参数的联动迭代计算；设置再生段与冷却段的换热面积裕量的绝对值是否小于标准值作为迭代是否终止的依据；当再生段与冷却段的换热面积裕量的绝对值大于标准值时，需调整再生段一次侧出口温度以及再生段二次侧出口温度，并最终使得再生段与冷却段的换热面积裕量的绝对值小于标准值。
需要说明的是，标准值可以依据计算精度的高要求趋近于0进行设置，也可以依据计算精度的低要求进行放大设置。此外，标准值还可替换为是否接近于0作为迭代终止依据。
如图2所示，第二重迭代计算的过程具体为：当再生段与冷却段的换热面积裕量的绝对值小于标准值时，获取再生段与冷却段此时的内外壁温，并与设置的再生段与冷却段内外壁温进行比较；当比较结果有偏差时，将获取的再生段与冷却段此时的内外壁温重新设置为再生段与冷却段的内外壁温；在新的再生段与冷却段的内外壁温下，重新调整再生段一次侧出口温度、再生段二次侧出口温度，重复第一重迭代中的过程，直至设置的再生段与冷却段的内外壁温与第一重迭代获取的再生段与冷却段的内外壁温之间差值的绝对值小于基准值。
需要说明的是，基准值可依据计算精度的高要求趋近于0进行设置，也可以依据计算精度的低要求进行放大设置。此外，基准值还可替换为有无偏差作为迭代终止依据。
在第二重迭代计算终止后，通过两重迭代可以获取再生式换热器偏离设计工况下的热工特性参数，并最终获取再生式换热器在偏离设计工况下的换热能力。
实施例2：再生式换热器偏离设计工况下换热功率分析***，该***用于实现实施例1中记载的方法，如图3所示，包括关系构建模块、迭代计算模块和换热分析模块。
其中，关系构建模块，用于建立再生式换热器内部的热工耦合关系。迭代计算模块，用于采用两重镶嵌式的迭代方法对偏离设计工况下的一次水入口温度、流量以及二次水温度、流量下的换热功率进行计算，确定再生式换热器在偏离设计工况下的热工特性参数。换热分析模块，用于依据热工特性参数分析得到再生式换热器在偏离设计工况下的换热能力。
工作原理：本发明可以获取偏离设计工况下再生式换热器的换热能力，以准确衡量换热能力与需求是否匹配；且通过二重迭代计算，迭代计算依据可以有效提高再生式换热器在偏离设计工况下的校核计算精度。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(***)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.再生式换热器偏离设计工况下换热功率分析方法，其特征是，包括以下步骤：
建立再生式换热器内部的热工耦合关系；
采用两重镶嵌式的迭代方法对偏离设计工况下的一次水入口温度、流量以及二次水温度、流量下的换热功率进行计算，确定再生式换热器在偏离设计工况下的热工特性参数；
依据热工特性参数分析得到再生式换热器在偏离设计工况下的换热能力。
2.根据权利要求1所述的再生式换热器偏离设计工况下换热功率分析方法，其特征是，所述热工耦合关系包括：
再生段一次侧出口温度等于冷却段一次侧入口温度；
再生段二次侧入口温度等于冷却段一次侧出口温度；
再生段一次侧换热功率等于再生段二次侧换热功率；
冷却段一次侧换热功率、冷却段二次侧换热功率均等于一次水焓降。
3.根据权利要求1所述的再生式换热器偏离设计工况下换热功率分析方法，其特征是，所述两重镶嵌式的迭代方法包括第一重迭代计算和第二重迭代计算，第一重迭代计算作为一个子环节镶嵌在第二重迭代计算中
第一重迭代计算，用于依据再生段与冷却段换热面积裕量的绝对值小于标准值来获取再生段与冷却段的内外壁温；
第二重迭代计算，用于依据获取的再生段与冷却段的内外壁温与设置的再生段与冷却段的内外壁温之间差值的绝对值小于基准值来确定再生式换热器在偏离设计工况下的热工特性参数。
4.根据权利要求3所述的再生式换热器偏离设计工况下换热功率分析方法，其特征是，所述第一重迭代计算的过程具体为：
任意设置再生段与冷却段的内外壁温为正值；
通过调整再生段一次侧出口温度以及再生段二次侧出口温度，并结合再生式换热器内部的热工耦合关系，开展再生式换热器热工参数的联动迭代计算；
设置再生段与冷却段的换热面积裕量的绝对值是否小于标准值作为迭代是否终止的依据；
当再生段与冷却段的换热面积裕量的绝对值大于标准值时，需调整再生段一次侧出口温度以及再生段二次侧出口温度，并最终使得再生段与冷却段的换热面积裕量的绝对值小于标准值。
5.根据权利要求4所述的再生式换热器偏离设计工况下换热功率分析方法，其特征是，所述标准值可以依据计算精度的高要求趋近于0进行设置。
6.根据权利要求3所述的再生式换热器偏离设计工况下换热功率分析方法，其特征是，所述第二重迭代计算的过程具体为：
当再生段与冷却段的换热面积裕量的绝对值小于标准值时，获取再生段与冷却段此时的内外壁温，并与设置的再生段与冷却段内外壁温进行比较；
当比较结果有偏差时，将获取的再生段与冷却段此时的内外壁温重新设置为再生段与冷却段的内外壁温；
在新的再生段与冷却段的内外壁温下，重新调整再生段一次侧出口温度、再生段二次侧出口温度，重复第一重迭代中的过程，直至设置的再生段与冷却段的内外壁温与第一重迭代获取的再生段与冷却段的内外壁温之间差值的绝对值小于基准值。
7.根据权利要求6所述的再生式换热器偏离设计工况下换热功率分析方法，其特征是，所述基准值可依据计算精度的高要求趋近于0进行设置。
8.再生式换热器偏离设计工况下换热功率分析***，其特征是，包括：
关系构建模块，用于建立再生式换热器内部的热工耦合关系；
迭代计算模块，用于采用两重镶嵌式的迭代方法对偏离设计工况下的一次水入口温度、流量以及二次水温度、流量下的换热功率进行计算，确定再生式换热器在偏离设计工况下的热工特性参数；
换热分析模块，用于依据热工特性参数分析得到再生式换热器在偏离设计工况下的换热能力。
9.一种计算机终端，包含存储器、处理器及存储在存储器并可在处理器上运行的计算机程序，其特征是，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-7中任意一项所述的再生式换热器偏离设计工况下换热功率分析方法。
10.一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，其特征是，所述计算机程序被处理器执行可实现如权利要求1-7中任意一项所述的再生式换热器偏离设计工况下换热功率分析方法。
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