CN107679272A - 立式蒸汽发生器u型管倒流状态模拟中的传热管分组方法 - Google Patents
立式蒸汽发生器u型管倒流状态模拟中的传热管分组方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及立式蒸汽发生器U型管倒流状态模拟中的传热管分组方法,包括如下步骤:S1.采集立式蒸汽发生器U型管参数;S2.计算各类传热管的弯曲半径;S3.计算初始分组的累计平方差e0;S4.传热管循环分组;S5.分组累计平方差计算;S6.将步骤S5记录的e和e0比较:S7.重复执行步骤S4至步骤S6,直至分组循环终止,此时的即为最终传热管分组;S8.输出步骤S7所得最终传热管分组采用本发明,可实现立式蒸汽发生器U型管倒流状态模拟中的传热管分组的快速计算,以供UTSG高精度的建模与仿真提供参考。
Description
技术领域
本发明涉及蒸汽发生器的传热管,具体而言是立式蒸汽发生器U型管倒流状态模拟中的传热管分组方法。
背景技术
蒸汽发生器是压水堆核电厂一回路、二回路热交换的枢纽,其运行特性直接影响核动力装置的整体特性。目前运行的压水堆核电厂中广泛采用了立式倒U型管自然循环蒸汽发生器(UTSG)。
在进行核动力装置系统仿真分析时,传统的立式倒U型管自然循环蒸汽发生器采用集总参数方法建模,即将所有的传热管进行集总,沿流动方向划分为若干个控制体和热构件。然而,在核动力装置一回路自然循环条件下,蒸汽发生器并联U型管束内存在非均匀流动,部分倒U型管会发生倒流,即UTSG一次侧的冷却剂从出口腔室流至入口腔室,从而使得一回路自然循环流量减少,对反应堆安全带来不利影响。因此在进行一回路自然循环仿真分析时,为对管内倒流的影响因素进行分析,需要对UTSG进行分组建模。考虑到蒸汽发生器的传热管类别众多,若按长度对全部类别的传热管进行建模,计算量大,计算速度慢,难以满足核动力装置快速乃至实时仿真计算的要求。因此,在对传热管进行建模时,只能对传热管进行有限数量的分组。
在进行UTSG传热管分组计算时,如果计算方法不合理,分组结果不仅影响自然循环条件下UTSG的仿真精度,还可能会大大增加UTSG建模前处理工作量,影响建模效率。
目前尚缺乏进行UTSG传热管高精度快速分组的计算方法,为此,本发明提供了一种立式蒸汽发生器U型管倒流状态模拟中的传热管分组方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种立式蒸汽发生器U型管倒流状态模拟中的传热管分组方法。
为实现上述目的,本发明采用如下技术方案:立式蒸汽发生器U型管倒流状态模拟中的传热管分组方法,包括如下步骤:
S1.采集立式蒸汽发生器U型管参数;
S1.1将弯曲半径相同的传热管归为同一类,采集得到传热管的类数,记为m,将传热管最大和最小弯曲半径分别记为rmax和rmin;
S1.2将各类传热管按照弯曲半径由小到大的顺序排列,编类号分别为1、2、…、m,记第i类传热管的数目为n(i),其中i=1~m;
S1.3将采集到的立式蒸汽发生器U型管参数输入计算机;
S2.计算各类传热管的弯曲半径;
根据步骤S1.2对传热管的编类号,记第i类传热管的弯曲半径为r(i),其中i=1~m,r(1)=rmin,r(m)=rmax,将rmin和rmax代入第一公式式中i=2~m-1,计算得到r(2)、r(3)、…、r(m-2)、r(m-1)分别为
S3.计算初始分组的累计平方差e0;
S3.1初始分组:将m类传热管按照弯曲半径由小到大的顺序分为k组,第1、2、…、k-1、k组分别含有1、1、…、1、m-(k-1)类传热管;
S3.2将r(i)和n(i)代入第二公式计算得到第k组的平均半径
S3.3将r(i)、n(i)和代入第三公式计算得到初始分组的累计平方差e0;
其中第二、三公式中i均为求和计算的循环角标;
S4.传热管循环分组;
S4.1传热管分组循环:采用多重循环来进行传热管的分组,将m类传热管按照弯曲半径由小到大的顺序分为k组,其循环嵌套层数为k-1层,外层循环每执行一次,内层循环就要从头开始执行一轮。将某一分组下第j组(j=1~k)中最后一类传热管记为sj;
S4.2当1≤k≤6时,采用枚举算法,按以下步骤进行:
S4.2.1第1层循环:s1初值为1,终值为m-k+1,步长为1,则第1组包括第1、2、…、s1-1、s1共s1-1类传热管;
S4.2.2第2层循环:s2初值为s1+1,终值为m-k+2,步长为1,则第2组包括第s1+1、s1+2、…、s2-1、s2共s2-s1类传热管;
S4.2.3第3~k-1层循环:sj(j=3~k-1)初值为sj-1+1,终值为m-k+j,步长为1,则第j组包括第sj-1+1、sj-1+2、…、sj-1、sj共sj-sj-1类传热管;
S4.2.4sk=m,则最后一组包括第sk-1+1、sk-1+2、…、m-1、m共m-sk-1类传热管;
S4.2.5循环终止,终止条件为s1=m-k+2;
S4.3当6<k≤m时,采用优化算法,按以下步骤进行:
S4.3.1第1层循环:s1初值为终值为步长为1,则第1组包括第1、2、…、s1-1、s1共s1-1类传热管,INT为取整运算符;
S4.3.2第2层循环:s2初值为s1+1,终值为m-k+2,步长为1,则第2组包括第s1+1、s1+2、…、s2-1、s2共s2-s1类传热管,并且-2≤s2-2s1≤2;
S4.3.3第3~k-1层循环:sj(j=3~k-1)初值为sj-1+1,终值为m-k+j,步长为1,则第j组包括第sj-1+1、sj-1+2、…、sj-1、sj共sj-sj-1类传热管,并且-2≤(sj-sj-1)-(sj-1-sj-2)≤2;
S4.3.4sk=m,则最后一组包括第sk-1+1、sk-1+2、…、m-1、m共m-sk-1类传热管,并且
S4.3.5循环终止,终止条件为
S5.分组累计平方差计算;
S5.1记第j组(j=1~k)所有传热管弯曲半径的均值为
采用第四公式计算
采用第五公式计算式中j=2~k;
S5.2计算分组累计平方差:记第j组(j=1~k)传热管的累计平方差为ej;
采用第六公式计算
采用第七公式计算式中j=2~k;
S5.3将ei(i=1~k)代入第八公式计算该分组总的累计平方差e;
其中步骤S5第四至第八公式中i均为求和计算的循环角标;
S6.将步骤S5记录的e和e0比较:
记与e0对应的传热管分组为如果在当前循环分组计算得到的e<e0,则用与e对应的s1、s2、…、sk和e的值替代原和e0而作为新的和e0,否则保持原 和e0值不变;
S7.重复执行步骤S4至步骤S6,直至分组循环终止,此时的 即为最终传热管分组;
S8.输出步骤S7所得最终传热管分组
采用本发明,可实现立式蒸汽发生器U型管倒流状态模拟中的传热管分组的快速计算,以供UTSG高精度的建模与仿真提供参考。
附图说明
图1是本发明的枚举算法流程示意图;
图2是本发明的优化算法流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步的说明,但该实施例不应理解为对本发明的限制。
实施例一
参见图1,立式蒸汽发生器U型管倒流状态模拟中的传热管分组方法,包括如下步骤:
S1.采集立式蒸汽发生器U型管参数;
S1.1将弯曲半径相同的传热管归为同一类,采集得到传热管的类数,记为m,m=60,将传热管最大和最小弯曲半径分别记为rmax和rmin,rmax=700mm,rmin=70mm;
S1.2将各类传热管按照弯曲半径由小到大的顺序排列,编类号分别为1、2、…、60,记第i类传热管的数目为n(i),其中i=1~60,n(1)、n(2)、…、n(60)分别为36、38、38、38、38、38、38、38、38、38、38、38、37、38、37、38、37、36、37、36、35、36、35、34、34、32、35、34、32、32、34、32、31、32、32、32、32、30、30、28、27、28、27、26、25、24、22、22、20、20、21、20、18、16、15、14、12、10、8、6;
S1.3将采集到的立式蒸汽发生器U型管参数输入计算机;
S2.计算各类传热管的弯曲半径;
根据步骤S1.2对传热管的编类号,记第i类传热管的弯曲半径为r(i),其中i=1~60,r(1)=rmin=70,r(m)=rmax=700,将rmin和rmax代入第一公式式中i=2~59,计算得到r(2)、r(3)、…、r(58)、r(59)分别为80.68、91.36、…、678.64、689.32;
S3.计算初始分组的累计平方差e0;
S3.1初始分组:将60类传热管按照弯曲半径由小到大的顺序分为4组,第1、2、3、4组分别含有1、1、1、57类传热管;
S3.2将r(i)和n(i)代入第二公式计算得到第4组的平均半径
S3.3将r(i)、n(i)和代入第三公式计算得到初始分组的累计平方差e0=42942700;
其中第二、三公式中i均为求和计算的循环角标;
S4.传热管循环分组;
S4.1传热管分组循环:采用多重循环来进行传热管的分组,将60类传热管按照弯曲半径由小到大的顺序分为4组,其循环嵌套层数为3层,外层循环每执行一次,内层循环就要从头开始执行一轮。将某一分组下第j组(j=1~4)中最后一类传热管记为sj;
S4.2因为分组数k=4,故采用枚举算法,按以下步骤进行:
S4.2.1第1层循环:s1初值为1,终值为57,步长为1,则第1组包括第1、2、…、s1-1、s1共s1-1类传热管;
S4.2.2第2层循环:s2初值为s1+1,终值为58,步长为1,则第2组包括第s1+1、s1+2、…、s2-1、s2共s2-s1类传热管;
S4.2.3第3层循环:s3初值为s2+1,终值为59,步长为1,则第j组包括第s2+1、s2+2、…、s3-1、s3共s3-s2类传热管;
S4.2.4s4=60,则最后一组包括第s3+1、s3+2、…、59、60共60-s3类传热管;
S4.2.5循环终止,终止条件为s1=58;
S5.分组累计平方差计算;
S5.1记第j组(j=1~k)所有传热管弯曲半径的均值为
采用第四公式计算
采用第五公式计算式中j=2~4;
S5.2计算分组累计平方差:记第j组(j=1~4)传热管的累计平方差为ej;
采用第六公式计算
采用第七公式计算式中j=2~4;
S5.3将ei(i=1~4)代入第八公式计算该分组总的累计平方差e;
其中步骤S5第四至第八公式中i均为求和计算的循环角标;
计算得到第1、2、…、32509个分组的累计平方差分别为42942700、40512568、…、4761584;
S6.将步骤S5记录的e和e0比较;
按下述原则进行比较和处理:记与e0对应的传热管分组为 如果在当前循环分组计算得到的e<e0,则用与e对应的s1、s2、s3、s4和e的值替代原和e0而作为新的和e0,否则保持原和e0值不变;
通过比较,由于步骤S5记录中的40512568小于原e0,即40512568<42942700,因此将40512568替代42942700作为新的e0,与新e040512568相应的分别为1、1、2、56;
S7.重复执行步骤S4至步骤S6,直至分组循环终止,循环终止条件为s1=58,此时的即为最终传热管分组。计算得到最终和对应的e0分别为13、27、42、60和3521979;
S8.输出步骤S7所得最终传热管分组分别为13、27、42、60,即最优分组第1、2、3、4组传热管类数分别为12、14、15、18。
实施例二
参见图2,立式蒸汽发生器U型管倒流状态模拟中的传热管分组方法,包括如下步骤:
S1.采集立式蒸汽发生器U型管参数;
S1.1将弯曲半径相同的传热管归为同一类,采集得到传热管的类数,记为m,m=60,将传热管最大和最小弯曲半径分别记为rmax和rmin,rmax=700mm,rmin=70mm;
S1.2将各类传热管按照弯曲半径由小到大的顺序排列,编类号分别为1、2、…、60,记第i类传热管的数目为n(i),其中i=1~60,n(1)、n(2)、…、n(60)分别为36、38、38、38、38、38、38、38、38、38、38、38、37、38、37、38、37、36、37、36、35、36、35、34、34、32、35、34、32、32、34、32、31、32、32、32、32、30、30、28、27、28、27、26、25、24、22、22、20、20、21、20、18、16、15、14、12、10、8、6;
S1.3将采集到的立式蒸汽发生器U型管参数输入计算机;
S2.计算各类传热管的弯曲半径;
根据步骤S1.2对传热管的编类号,记第i类传热管的弯曲半径为r(i),其中i=1~60,r(1)=rmin=70,r(m)=rmax=700,将rmin和rmax代入第一公式式中i=2~59,计算得到r(2)、r(3)、…、r(58)、r(59)分别为80.68、91.36、…、678.64、689.32;
S3.计算初始分组的累计平方差e0;
S3.1初始分组:将60类传热管按照弯曲半径由小到大的顺序分为10组,第1、2、…、9、10组分别含有1、1、…、1、51类传热管;
S3.2将r(i)和n(i)代入第二公式计算得到第10组的平均半径
S3.3将r(i)、n(i)和代入第三公式计算得到初始分组的累计平方差e0=29688885;
其中第二、三公式中i均为求和计算的循环角标;
S4.传热管循环分组;
S4.1传热管分组循环:采用多重循环来进行传热管的分组,将60类传热管按照弯曲半径由小到大的顺序分为10组,其循环嵌套层数为9层,外层循环每执行一次,内层循环就要从头开始执行一轮。将某一分组下第j组(j=1~10)中最后一类传热管记为sj;
S4.2因为分组数k=10,故采用优化算法,按以下步骤进行:
S4.2.1第1层循环:s1初值为5,终值为7,步长为1,则第1组包括第1、2、…、s1-1、s1共s1-1类传热管,INT为取整运算符;
S4.2.2第2层循环:s2初值为s1+1,终值为52,步长为1,则第2组包括第s1+1、s1+2、…、s2-1、s2共s2-s1类传热管,并且-2≤s2-2s1≤2;
S4.2.3第3~9层循环:sj(j=3~9)初值为sj-1+1,终值为50+j,步长为1,则第j组包括第sj-1+1、sj-1+2、…、sj-1、sj共sj-sj-1类传热管,并且-2≤(sj-sj-1)-(sj-1-sj-2)≤2;
S4.2.4sk=60,则最后一组包括第s9+1、s9+2、…、59、60共60-s9类传热管,并且0≤(s10-s9)-(s9-s8)≤3.7;
S4.2.5循环终止,终止条件为s1=8;
S5.分组累计平方差计算;
S5.1记第j组(j=1~10)所有传热管弯曲半径的均值为
采用第四公式计算
采用第五公式计算式中j=2~10;
S5.2计算分组累计平方差:记第j组(j=1~10)传热管的累计平方差为ej;
采用第六公式计算
采用第七公式计算式中j=2~10;
S5.3将ei(i=1~10)代入第八公式计算该分组总的累计平方差e;
其中步骤S5第四至第八公式中i均为求和计算的循环角标;
计算得到第1、2、…、71975个分组的累计平方差分别为1239790、1137059、…、1314149;
S6.将步骤S5记录的e和e0比较;
按下述原则进行比较和处理:记与e0对应的传热管分组为 如果在当前循环分组计算得到的e<e0,则用与e对应的s1、s2、…、s10和e的值替代原和e0而作为新的 和e0,否则保持原和e0值不变;
通过比较,由于步骤S5记录中的1239790小于原e0,即1239790<29688885,因此将1239790替代29688885作为新的e0,与新e01239790相应的分别为5、8、9、11、14、19、26、35、46、60;
S7.重复执行步骤S4至步骤S6,直至分组循环终止,循环终止条件为s1=8,此时的即为最终传热管分组。计算得到最终和e0分别为6、11、16、22、28、34、40、46、52、60和571279.6;
S8.输出步骤S7所得最终传热管分组分别为6、11、16、22、28、34、40、46、52、60,即最优分组第1、2、…、10组传热管类数分别为6、5、5、6、6、6、6、6、6、8。
实施例二采用优化算法,计算时间仅需1秒,如果采用实施例一的枚举算法来计算实施例二的分组情况,则所需时间为4343秒,相差悬殊,详见表1。
表1
本说明书中未作详细描述的内容,属于本领域技术人员公知的现有技术。
Claims (1)
1.立式蒸汽发生器U型管倒流状态模拟中的传热管分组方法,包括如下步骤:
S1.采集立式蒸汽发生器U型管参数;
S1.1将弯曲半径相同的传热管归为同一类,采集得到传热管的类数,记为m,将传热管最大和最小弯曲半径分别记为rmax和rmin;
S1.2将各类传热管按照弯曲半径由小到大的顺序排列,编类号分别为1、2、…、m,记第i类传热管的数目为n(i),其中i=1~m;
S1.3将采集到的立式蒸汽发生器U型管参数输入计算机;
S2.计算各类传热管的弯曲半径;
根据步骤S1.2对传热管的编类号,记第i类传热管的弯曲半径为r(i),其中i=1~m,r(1)=rmin,r(m)=rmax,将rmin和rmax代入第一公式式中i=2~m-1,计算得到r(2)、r(3)、…、r(m-2)、r(m-1)分别为
S3.计算初始分组的累计平方差e0;
S3.1初始分组:将m类传热管按照弯曲半径由小到大的顺序分为k组,第1、2、…、k-1、k组分别含有1、1、…、1、m-(k-1)类传热管;
S3.2将r(i)和n(i)代入第二公式计算得到第k组的平均半径
S3.3将r(i)、n(i)和代入第三公式计算得到初始分组的累计平方差e0;
其中第二、三公式中i均为求和计算的循环角标;
S4.传热管循环分组;
S4.1传热管分组循环:采用多重循环来进行传热管的分组,将m类传热管按照弯曲半径由小到大的顺序分为k组,其循环嵌套层数为k-1层,外层循环每执行一次,内层循环就要从头开始执行一轮。将某一分组下第j组(j=1~k)中最后一类传热管记为sj;
S4.2当1≤k≤6时,采用枚举算法,按以下步骤进行:
S4.2.1第1层循环:s1初值为1,终值为m-k+1,步长为1,则第1组包括第1、2、…、s1-1、s1共s1-1类传热管;
S4.2.2第2层循环:s2初值为s1+1,终值为m-k+2,步长为1,则第2组包括第s1+1、s1+2、…、s2-1、s2共s2-s1类传热管;
S4.2.3第3~k-1层循环:sj(j=3~k-1)初值为sj-1+1,终值为m-k+j,步长为1,则第j组包括第sj-1+1、sj-1+2、…、sj-1、sj共sj-sj-1类传热管;
S4.2.4sk=m,则最后一组包括第sk-1+1、sk-1+2、…、m-1、m共m-sk-1类传热管;
S4.2.5循环终止,终止条件为s1=m-k+2;
S4.3当6<k≤m时,采用优化算法,按以下步骤进行:
S4.3.1第1层循环:s1初值为终值为步长为1,则第1组包括第1、2、…、s1-1、s1共s1-1类传热管,INT为取整运算符;
S4.3.2第2层循环:s2初值为s1+1,终值为m-k+2,步长为1,则第2组包括第s1+1、s1+2、…、s2-1、s2共s2-s1类传热管,并且-2≤s2-2s1≤2;
S4.3.3第3~k-1层循环:sj(j=3~k-1)初值为sj-1+1,终值为m-k+j,步长为1,则第j组包括第sj-1+1、sj-1+2、…、sj-1、sj共sj-sj-1类传热管,并且-2≤(sj-sj-1)-(sj-1-sj-2)≤2;
S4.3.4sk=m,则最后一组包括第sk-1+1、sk-1+2、…、m-1、m共m-sk-1类传热管,并且
S4.3.5循环终止,终止条件为
S5.分组累计平方差计算;
S5.1记第j组(j=1~k)所有传热管弯曲半径的均值为
采用第四公式计算
采用第五公式计算式中j=2~k;
S5.2计算分组累计平方差:记第j组(j=1~k)传热管的累计平方差为ej;
采用第六公式计算
采用第七公式计算式中j=2~k;
S5.3将ei(i=1~k)代入第八公式计算该分组总的累计平方差e;
其中步骤S5第四至第八公式中i均为求和计算的循环角标;
S6.将步骤S5记录的e和e0比较:
记与e0对应的传热管分组为如果在当前循环分组计算得到的e<e0,则用与e对应的s1、s2、…、sk和e的值替代原和e0而作为新的和e0,否则保持原 和e0值不变;
S7.重复执行步骤S4至步骤S6,直至分组循环终止,此时的 即为最终传热管分组;
S8.输出步骤S7所得最终传热管分组
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