螺旋管式直流蒸汽发生器的准稳态数学模型
蒸汽发生器工作过程建模及仿真分析
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2 数学模型处理及简化
21 1 数学模型的简化
由于偏微分方程组求解很困难 , 对建立的 数学模型进行线性化处理 。对分布参数模型进 行了集总参数化处理 , 即将实际的分布参数对 象近似的等效为若干个集总参数环节组成的串 联系统 ,这样经过必要的数学转换 ,偏微分方程 组变为一组常微分方程组 ,在假设前提下 ,与原 偏微分方程系统等效 。 仿真将得到工质流量输入扰动作用下中参数 。这样 , 每 一个轴向小控制体状态参数便只与时间有关 , 与空间变量无关 。如方程 ( 12) 可化为 : ρ A
( 哈尔滨工程大学 ,黑龙江 哈尔滨 150001)
摘要 : 基于分布参数热工对象的集总参数化动力学模型 ,对自然循环蒸汽发生器进行了控制体划分并建 立了数学模型 ,并用 MA TL AB 语言和 SIMUL IN K 仿真软件对其进行了仿真 ,文章采用了 Runge2 Kutta
( 4 ,5) 求解器 ,得到不同功率装置运行时 ,一次侧 ,二次侧 ,以及管束的温度分布 ,并得到一回路给水扰动
同一截面上 ,具有相同的状态参量 ; 2) 在蒸汽发生器一次侧为单相液体 ; 3) 蒸汽发生器二次侧流体沸腾为饱和沸 腾 ,不考虑过冷沸腾 ; 4) 假设分离器效率为 100 % , 即蒸汽空间 内蒸汽为 100 %的干燥饱和蒸汽 ; 5) 忽 略 一 回 路 、 二回路工质的轴向导 热 , 忽略 U 形 管壁 的 轴 向 导 热 , 忽 略 蒸 汽 发 生器的对外散热 , 忽略除传热管外任何构件 的热容 ; 6) 管束套筒是绝热的 ,即不考虑上升通道 流体与下降通道流体间的传热 。 11 21 1 一回路侧 一回路侧为不可压缩流体 , 假定流通截面 积为常数 。 能量守恒方程 : ρ5 h p + Gp 5 h p = - qp 5t 5z
基于漂移流模型的蒸汽发生器稳态热工水力分析
基于漂移流模型的蒸汽发生器稳态热工水力分析张小英;陈焕栋;乔磊;厉井钢【摘要】In order to study the steady thermal‐hydraulic characteristics of a steam gen‐erator ,a 1D simulation code based on the 4‐equation drift flux model was developed . The U tube bundle space was considered to consist of the primary channel ,the seconda‐ry channel and the tube wall .The flowing characteristics in sub‐cooling part of the pri‐mary and secondary channels were simulated with single phase flow model ,while the boiling part in the secondary channel was simul ated with 4‐equation drift flux model . The first‐ordered upwind differencing equations were derived based on the staggered grid .An alternate iteration method of heat balance and driving force of natural circula‐tion was implemented then . By the proposed method , the steady thermal‐hydraulic characteristics for steam generator of Qinshan 300 MW NPP ,under100% ,75% ,50% , 30% ,15% power condition , were analyzed and compared with simulated results of RELAP5 .Two sets of results are in good agreement .%为研究蒸汽发生器的稳态热工水力特性，建立了四方程漂移流模型，并开发了一维计算程序。
螺旋内管双面换热的稳态解析法
螺旋 内管双面换热 的稳态解 析法
赵福 宇 ，王要帅 ，彭劲 枫
（ 西安交 通 大学 多相 流 国家 重点 实 验室 ，西 安 ，７ ０４ １０９）
摘要 ： 根据螺旋 内管 双面换热的特点 ， 出了双面换热元件 的能量方程。用解析方法进 行稳态分析计算 ， 列 得到 了稳态下 元件 内部温度 分布 的解 析表达式 。利 用该 表达 式对单 相换热 和蒸汽发生 器两个 实例进行 了计 算 。在计算蒸 汽发生器换热时 ，对 多相 流先采 用迭代法确定每一 区段的长度 。解析表达式 的计算结果 与文献 值相吻合 ，计算 时间短 。 关键词 ：螺旋 内管 ；双面换热 ；温度分布 ；解 析法
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２ 单相流动传热
双面加热元件如图 ｌ所示 ，加热流体与被加 热流体互为逆 向流动 。一次侧 流体从上往下流 ， 二次侧 流体在内外管间从下往上流动。单相逆流 传热一维能量方程可用集 中参数一阶微分方程组 来描 述 【 】 ｌ ： ，
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’ 为由初始边界条件计算 出的系数。
上式中， 为内管水温度 ，Ｋ； 为管间水温度 ， Ｋ；ｔ为被加热流体温度 ，Ｋ； 、 ， 、 分 别是 内管水 、管 间水 和被加热流体 的热容量 ， Ｗ／ ， ， 是加热介质和被加热介质之间逆 Ｋ；
３ 两相流传热
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第 ２ ９卷 第 ４ 期
２ＯＯ ８
核 动 力 工 程
Ｎｕ ｌａ ｗｅ ｇ ｎｅ ｒｎｇ ｃ ｅ ｒＰｏ ｒＥｎ ｉ ｅ ｉ
Ｖｂ１ ２ ． ９．Ｎ Ｏ． ４
螺旋管式直流蒸汽发生器热工水力分析模型
螺旋管式直流蒸汽发生器热工水力分析模型
袁媛;彭敏俊;夏庚磊;吕星
【期刊名称】《原子能科学技术》
【年(卷),期】2014(048)0Z1
【摘要】基于混合流模型的质量、动量和能量守恒方程,采用可移动边界法建立了压水堆螺旋管式直流蒸汽发生器的稳态和动态分析模型.模型将二次侧传热区域分为预热段、蒸发段和过热段,且考虑了缺液区传热.通过对国际革新与安全反应堆(IRIS)螺旋管式直流蒸汽发生器的模拟,对模型进行了验证.结果表明,本文所建立的稳态和动态模型合理,稳态计算结果与设计值符合良好,动态仿真符合热工水力学及其定性机理分析结果.
【总页数】6页(P251-256)
【作者】袁媛;彭敏俊;夏庚磊;吕星
【作者单位】哈尔滨工程大学核安全与仿真技术国防重点学科实验室,黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨工程大学核安全与仿真技术国防重点学科实验室,黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨工程大学核安全与仿真技术国防重点学科实验室,黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨工程大学核安全与仿真技术国防重点学科实验室,黑龙江哈尔滨150001
【正文语种】中文
【中图分类】TL353
【相关文献】
1.直管式直流蒸汽发生器的热工水力特性分析与计算 [J], 解衡;张金玲
2.高温气冷堆螺旋管式直流蒸汽发生器螺旋管流动阻力测量 [J], 李晓伟;赵加清;吴莘馨;雒晓卫;何树延
3.高温气冷堆螺旋管式直流蒸汽发生器热工水力学 [J], 李晓伟; 吴莘馨; 张作义
4.螺旋管式直流蒸汽发生器建模仿真与控制 [J], 张月;郑明光;马志才;吴建邦
5.液态金属螺旋管式直流蒸汽发生器数值模拟研究 [J], 杨宇鹏;王成龙;张大林;苏光辉;田文喜;秋穗正
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螺旋管式直流蒸汽发生器的准稳态数学模型
螺旋管式直流蒸汽发生器的准稳态数学模型随着工业化的进步和能源需求的增加，蒸汽发生器的应用越来越广泛。
蒸汽发生器是将水变为蒸汽的设备，其主要应用于发电、制造、加工等领域。
其中螺旋管式直流蒸汽发生器是一种新型的蒸汽发生器，具有体积小、热效率高、响应速度快等优点，在工业生产中得到了广泛的应用。
本文旨在介绍螺旋管式直流蒸汽发生器的准稳态数学模型，为其优化设计和控制提供理论依据。
一、螺旋管式直流蒸汽发生器的基本原理螺旋管式直流蒸汽发生器是一种利用电力或燃料将水加热蒸发成蒸汽的设备。
其基本原理是将水加热至饱和温度，使其变为蒸汽，然后通过管道输送到需要的地方。
螺旋管式直流蒸汽发生器的特点是利用螺旋管将水加热并产生蒸汽，螺旋管内部存在流体动力学现象，因此其控制和优化设计具有一定的难度。
二、螺旋管式直流蒸汽发生器的准稳态数学模型1. 假设和符号假设螺旋管式直流蒸汽发生器内的水是不可压缩的、不可混合的、具有恒定的密度和热容量。
同时假设水是均匀流动的，且在螺旋管内部的流动是稳定的。
符号如下：ρ：水的密度Cp：水的热容量T：水的温度q：加热器的功率U：螺旋管内部的流速d：螺旋管的直径L：螺旋管的长度2. 数学模型根据能量守恒原理，可以得到螺旋管式直流蒸汽发生器的准稳态数学模型：q = ρCpUπdL(T2 - T1)其中，q表示加热器的功率，ρ表示水的密度，Cp表示水的热容量，U表示螺旋管内部的流速，d表示螺旋管的直径，L表示螺旋管的长度，T1表示水的进口温度，T2表示水的出口温度。
该数学模型表明，加热器的功率与水的密度、热容量、螺旋管内部的流速、螺旋管的直径和长度以及水的进口和出口温度之间存在一定的关系。
因此，在设计和控制螺旋管式直流蒸汽发生器时，需要对这些参数进行优化和调整，以提高其热效率和响应速度。
三、螺旋管式直流蒸汽发生器的优化设计和控制1. 优化设计在螺旋管式直流蒸汽发生器的设计中，需要考虑以下因素：（1）螺旋管的长度和直径：螺旋管的长度和直径对水的流速和温度分布有很大的影响，因此需要对其进行优化设计。
高温气冷堆螺旋管式直流蒸汽发生器热工水力学
高温气冷堆螺旋管式直流蒸汽发生器热工水力学李晓伟; 吴莘馨; 张作义【期刊名称】《《原子能科学技术》》【年(卷),期】2019(053)010【总页数】12页(P1906-1917)【关键词】高温气冷堆; 螺旋管; 蒸汽发生器; 两相流不稳定性; 温度均匀性【作者】李晓伟; 吴莘馨; 张作义【作者单位】清华大学核能与新能源技术研究院先进核能技术协同创新中心先进反应堆工程与安全教育部重点实验室北京100084【正文语种】中文【中图分类】TL334高温气冷堆(HTGR)[1-5]采用氦气作冷却剂，所以其蒸汽发生器一次侧换热系数较低，传热管较长，因此采用螺旋管结构。
除采用螺旋管结构外，高温气冷堆蒸汽发生器还有工作温度高、二次侧直流、一次侧氦气加热等特点。
高温气冷堆蒸汽发生器热工水力与一般压水堆的U型管式自然循环蒸汽发生器存在本质区别[6]。
压水堆蒸汽发生器热工水力分析工具、方法和结论不适用于高温气冷堆蒸汽发生器。
一般火电的亚临界直流锅炉的经验也不能直接应用于高温气冷堆蒸汽发生器。
首先高温气冷堆蒸汽发生器是核一级设备，安全性要求高，需对其进行详细的热工和结构分析。
高温气冷堆蒸汽发生器结构紧凑，螺旋管束间距小，压力壳内单位体积换热面积大，而直流锅炉水冷壁布置空间较充裕。
另外高温气冷堆蒸汽发生器一次侧采用氦气对流加热形式，辐射加热几乎可忽略。
鉴于以上因素，需针对高温气冷堆蒸汽发生器热工水力进行程序开发和实验验证。
本文针对高温气冷堆蒸汽发生器的基础热工水力、温度均匀性、两相流不稳定性等问题及其对应的一维稳态程序、一维瞬态程序、二维程序及理论方法进行阐述和分析。
1 基础热工水力及一维稳态程序由于高温气冷堆蒸汽发生器采用螺旋管结构，所以其热工水力设计和计算的基础是有准确的横掠螺旋管管束及螺旋管内对流换热及流阻的数据或计算公式。
由于高温气冷堆蒸汽发生器壳侧工质为氦气，其对流换热热阻较大，所以螺旋管内高温高压水直流蒸发过程换热系数计算的准确性就显得不紧迫。
螺旋管式直流蒸汽发生器建模仿真与控制
DOI: 10.11991/yykj.201912013螺旋管式直流蒸汽发生器建模仿真与控制张月1，郑明光1,2，马志才1，吴建邦21. 上海核工程研究设计院有限公司，上海 2002332. 上海交通大学 核科学与工程学院，上海 200240摘 要：为研究螺旋管式直流蒸汽发生器的控制仿真系统，本文基于流体质量、能量、动量守恒方程和移动边界理论，建立了螺旋式直流蒸汽发生器的动态模型。
模型采用集总参数法，将螺旋管抽象成单管，沿轴向分为过冷段、两相段和过热段。
以国际革新与安全反应堆(IRIS)为参考对象，进行了稳态和动态仿真实验。
为了保证蒸汽出口压力恒定，用蒸汽压力偏差信号和蒸汽流量信号对二次侧给水流量进行调节，基于PID 控制方法构建了蒸汽出口压力控制系统，并进行仿真验证。
结果表明：建立的模型正确有效，控制系统响应良好，仿真结果符合热工水力学机理分析规律。
关键词：螺旋管式；直流蒸汽发生器；集总参数；可移动边界；动态模型；国际革新与安全反应堆；仿真；PID 中图分类号：TL361 文献标志码：A 文章编号：1009−671X(2020)06−0071−07Dynamic modeling, simulation and control of helical coiledonce-through steam generatorZHANG Yue 1, ZHENG Mingguang 1,2, MA Zhicai 1, Wu Jianbang 21. Shanghai Nuclear Engineering Research & Design Institute Co., Ltd., Harbin 200233, China2. Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, ChinaAbstract : To study the control simulation system of the helical coiled once through steam generator, we developed the dynamic model based on the conservation of fluid mass, energy, momentum and moving-boundary. The lumped parameter model is handled with the single tube and is divided into three regions as subcooled, two-phase, and superheated. With the reference to International Reactor innovation and Secure (IRIS), steady-state and dynamic simulation tests were carried out in this paper. In order to keep the steam outlet pressure constant, we proposed to adjust the secondary feed water flow rate with steam pressure deviation signal and steam flow rate signal. The steam outlet pressure control system was constructed based on the PID control method and further verified by simulation. The results show that the established model is correct and effective, the response characteristics of the control system are good, and the simulation results conform to the analysis rule of thermal hydraulic mechanism.Keywords: helical coiled; once-through steam generator; lumped parameter; moving-boundary; dynamic model; IRIS;simulation; PID螺旋管式直流蒸汽发生器由于体积小、换热效率高等特性[1−2]，是一体化反应堆重要设备之一。
直流蒸汽发生器启动过程仿真
直流蒸汽发生器启动过程仿真陈保同;刘翠英;刘现星【摘要】由于直流蒸汽发生器( OTSG)的结构特殊,启动过程热工特性变化复杂,必须开展直流蒸汽发生器启动过程研究.本文建立了OTSG、启动分离器、冷凝器、给水泵等设备数学模型.在此基础上开展了2种启动方式的仿真试验研究.仿真结果对OTSG启动过程设计和运行有一定的指导作用.%Once-Through Steam Generator(OTSG) is used in the new type integrated nuclear power plant, for whose structure and characteristic are very instinct,it is necessary to add start-up system to make the start-up process stable. For one nuclear power plant start-up system, mathematical models for OTSG seperator condenser and feedwater pump, etc, are const rue ted. Based on the simulation software, two ways of start-up mode simulation trial have been carried out. The study would provide methodological guidance for practical design and implementation of OTSG control system.【期刊名称】《舰船科学技术》【年(卷),期】2011(033)008【总页数】4页(P99-102)【关键词】OTSG;启动;仿真【作者】陈保同;刘翠英;刘现星【作者单位】武汉第二船舶设计研究所,湖北武汉430064;武汉第二船舶设计研究所,湖北武汉430064;武汉第二船舶设计研究所,湖北武汉430064【正文语种】中文【中图分类】TP391.90 引言由于直流蒸汽发生器(Once-Through Steam Generator，OTSG)具有体积小、机动性能好、热效率高等优点，在国外核动力装置已得到广泛研究和应用。
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螺 旋 管 式 直 流 蒸 汽 发 生器 的 准 稳 态 数 学 模 型
叶金亮 ， 周杨平 ， 陈晓明 ， 方成跃
（ ． 国舰 船 研 究 设 计 中心 ， 北 武 汉 ４ ０ ６ ２ 清 华 大 学 ， 京 １ ０ ８ ） １中 湖 ３ ０ ４； ． 北 ０ ０ ４
摘 要 ： 了满 足 模 拟 机 实 时 仿 真 核 电 站 一 、 回 路 工 况 的 需 要 ， 据 流 体 的质 量 、 量 和 能 量 守 恒 原 理 ， 为 二 根 动
ｔ ｏ ｅ ｎ ｈｅ ｍ ｅ ｈｏ ｏｌ ｇｙ ａ ｅ ｒ ａ ｏ ｂｌ． ｈｅ ｍ ｄ ｌａ ｄ ｔ ｔ ｄ ｏ ｒ ｅ ｓ ｎａ ｅ
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螺旋 管式 直 流蒸 汽发 生器 是 高温 气冷 堆 核
关 键 词 ： 旋 管 式 直 流 蒸 汽 发 生 器 ； 工 水利 分 析 ； 步 长龙 格 库 塔 法 螺 热 变 中 图分 类 号 ： Ｉ ５ Ｔ ３ ３ 文献标志码 ： Ａ 文 章 编 号 ：２ ８０ １ （０ １０ — １５０ ０ ５ — ９ ８ ２ １ ） ２０ ３ — ６
２ Ｔｓ ｇ ｕ ｉｅｓｔ Ｂ ｉｎ ０ ０ ４ Ｃｈｎ ） ． ｉ ｈ ａＵｎｖ ｒ ｉ ｎ ｙ， ｅ ｉｇ １ ０ ８ ， ｉａ ｊ
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第 ３ １卷 第 ２ 期
２ ｌ Ｏ １年 ６月
核 科 学 与 工 程
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