CN110728030B - 基于表面式凝汽器数值模拟汽水两侧耦合的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于表面式凝汽器数值模拟汽水两侧耦合的方法，包括步骤1，管侧三维模型建立及网格划分；步骤2，壳侧二维模型建立及网格划分；步骤3，确定壳侧网格单元的水速：步骤31，建立管侧网格的相对坐标系；步骤32，建立壳侧网格的相对坐标；步骤33，设定距离初始阈值dd1；步骤34，第j个壳侧网格与管侧网格的坐标关联；步骤35，确定壳侧网格的水速：对三个最小距离差值dd所对应的管侧网格单元的三个水速值，采用拉格朗日插值计算方法，得到第j个壳侧网格单元的水速；步骤36，剩余壳侧网格与管侧网格的坐标关联。本发明利用数值计算方法将管侧网格中心点水速布置到壳侧网格中去，以便壳侧模型后续更为精准的模拟其流场与温度场。

Description

基于表面式凝汽器数值模拟汽水两侧耦合的方法

技术领域

本发明涉及凝汽器数值模拟领域，特别是一种基于表面式凝汽器数值模拟汽水两侧耦合的方法。

背景技术

凝汽器是电厂重要的辅机设备之一，其作用主要是回收工质并且建立真空，凝汽器真空的好坏直接影响到汽轮机组的热效率，对于600MW机组来说，真空下降1％，热耗量增加0.05％，少发电约306KW。因此，研究凝汽器的工作性能，改善内部传热条件，以提高机组运行的热效率，是十分具有意义的。

表面式凝汽器，内部包含进出口水室以及数以千计的换热管束，冷却水依次流经进口水室、换热管束和出口水室，在管束换热区完成与壳侧的热量传递过程。凝汽器的研究方法主要有实验法和数值模拟法两种。传统的实验法是利用了相似原理进行模型建造与测试，建造过程中无疑会耗费大量的人力、精力与时间，并且这种方法无法准确的模拟凝汽器各处汽水混合物的流动情况。随着计算机技术的发展，研究者们越来越倾向于使用高端的计算软件模拟研究凝汽器的内部流场、温度场的分布，凝汽器的数值模型也从原来的一维，扩展到二维、准三维甚至三维。这得益于1974年Pantankar、Spalding提出的多孔介质概念，把流体在成千上万管束区的流动等效成流体在多孔介质中的流动，并且利用分布质量汇与分布阻力的方法计算蒸汽在管束区的凝结问题、以及流动遇到的阻力问题。多孔介质方法的推广，替代了原有的试验法，极大减少了建模时间和计算时间。

然而到目前为止，由于如下原因，均需从管侧与壳侧分别建模、分析：

1、多孔介质无法同时流过两种互不混合的流体，因而无法同时模拟管壳式的凝汽器中管侧与壳侧热交换环节。

2、大部分学者认为凝汽器壳侧是建立真空的最直接、亦是流动最为复杂的环节，而往往忽视凝汽器管侧对壳侧流动换热的影响。

凝汽器在实际的运行过程中，壳侧与管侧是双向耦合的过程，管侧流动对壳侧流场有影响；壳侧的凝结放热也会导致管侧温度的升高。对于二维壳侧模型，不考虑沿着轴向变化冷却水温度之间相互影响，而仅仅考虑进口冷却水温度对其热力性能的作用，这部分问题已在众多文献中得到解决。凝汽器管侧进口水室复杂的流场是导致冷却水水速分布不均匀的主要原因，即水管流速可能会偏离设计水速。水速越高，管侧冷却水对流放热系数越大，相应的壳侧、管侧总传热热阻减少，局部传热系数可能会增加，而凝汽器壳侧的热负荷由多种因素共同决定，包括传热端差、气膜热阻、水膜热阻等等。因此在凝汽器运行工况下中可能出现这样的问题：冷却水流量大的区域蒸汽凝结的热负荷反而低，该部分冷却水出口温度低于平均出口温度，亦可能导致总体冷却水出口温度低于汽水混合物的凝结温度，产生虚假传热端差，凝汽器传热性能变差。

综上所述，在凝汽器壳侧的数值模拟过程中考虑管侧整体性能是有必要的。而实际模拟过程中如何解决汽水两侧数据耦合的问题也是一个棘手的难题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种基于表面式凝汽器数值模拟汽水两侧耦合的方法，该基于表面式凝汽器数值模拟汽水两侧耦合的方法能有效解决凝汽器壳侧、管侧在分别建模模拟的过程中，二维壳侧模拟耦合管侧水速的问题，利用数值计算方法将管侧网格中心点的水速布置到壳侧网格中去，以便壳侧模型在后续更为精准的模拟其流场与温度场。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种基于表面式凝汽器数值模拟汽水两侧耦合的方法，包括如下步骤。

步骤1，管侧三维模型建立及网格划分：采用多孔介质法，在建模软件中建立表面式凝汽器的管侧三维模型。接着，采用网格划分软件对建立的管侧三维模型进行网格划分，并在多孔介质区域截取一个与水流方向相垂直的截面，记为平面plane1。将平面plane1中包含的所有n个管侧网格单元的中心点坐标(XP，YP)及水速数据SP进行导出。其中，第k个管侧网格单元导出的中心点坐标为(XP[k]，YP[k])，导出的水速数据为SP[k]。0≤k≤n-1，k也称为管侧网格单元的数组序号。

步骤2，壳侧二维模型建立及网格划分：在建模软件中建立表面式凝汽器的壳侧二维模型。接着，采用与步骤1中相同的网格划分软件对建立的壳侧二维模型进行网格划分，在网格划分软件中，将壳侧二维模型中的多孔介质区域，记为平面plane2，则平面plane2与平面plane1的大小相同，并将平面plane2中所包含的所有m个壳侧网格单元的中心点坐标进行导出，其中，第j个壳侧网格单元导出的中心点坐标为(x，y)。m＜n，1≤j≤m。

步骤3，确定壳侧网格单元的水速，具体包括如下步骤。

步骤31，建立管侧网格的相对坐标系：将平面plane1中最右下角的一个管侧网格单元中心点，作为管侧网格的相对坐标原点O1。该管侧网格的相对坐标原点O1在步骤1中导出的坐标假设为(Xsc，Ysc)，则第k个管侧网格单元中心点的相对坐标为(XP[k]-Xsc，YP[k]-Ysc)。依次类推，将步骤1导出的除相对坐标原点O1外的n-1个管侧网格单元中心点的坐标均更改为相对坐标，并形成包含n个管侧网格单元坐标的管侧网格相对坐标数组。

步骤32，建立壳侧网格的相对坐标系：将平面plane2中最右下角的一个壳侧网格单元中心点，作为壳侧网格的相对坐标原点O2。该壳侧网格的相对坐标原点O2在步骤2中导出的坐标假设为(Xqc，Yqc)，则第j个管侧网格单元中心点的相对坐标为(x-Xqc，y-Yqc)。依次类推，将步骤2导出的除相对坐标原点O2外的m-1个壳侧网格单元中心点的坐标均更改为相对坐标，并形成包含m个壳侧网格单元坐标的壳侧网格相对坐标数组。

步骤33，设定距离初始阈值dd1。

步骤34，第j个壳侧网格与管侧网格的坐标关联：针对步骤32中第j个壳侧网格单元中心点的相对坐标为(x-Xqc，y-Yqc)，遍历步骤31中管侧网格相对坐标数组中的n个管侧网格单元，对每个管侧网格单元均计算与第j个壳侧网格单元中心点的距离差值dd，计算公式为：

当第k个管侧网格单元所计算的距离差值dd≤dd1时，则认为第k个管侧网格单元中心点的坐标与第j个壳侧网格的坐标相关联，停止距离差值dd的计算。当n个管侧网格单元遍历完成，且所计算的距离差值dd均超过dd1时，从计算的n个距离差值dd中挑选出最小的三个距离差值dd，将这三个最小的距离差值dd所对应的管侧网格单元中心点，作为第j个壳侧网格的关联网格。

步骤35，确定壳侧网格单元的水速：步骤34中，当第k个管侧网格单元所计算的距离差值dd≤dd1时，将第k个管侧网格单元所对应的水速数据SP[k]，作为第j个壳侧网格单元的水速。当n个距离差值dd均超过dd1时，对三个最小距离差值dd所对应的管侧网格单元的三个水速值，采用拉格朗日插值计算方法，得到第j个壳侧网格单元的水速。

步骤36，剩余壳侧网格与管侧网格的坐标关联：遍历步骤32中剩余的m-1个壳侧网格单元中心点，对每个壳侧网格单元中心点均计算其与步骤31中管侧网格相对坐标数组中每个管侧网格单元的距离差值dd。采用步骤34的方法，确定每个壳侧网格单元中心点相关联的管侧网格单元中心点的坐标。采用步骤35的方法，确定每个壳侧网格单元的水速。

步骤34中，三个最小的距离差值dd所对应的管侧网格单元，所对应的数组序号分别即为ddn1、ddn2和ddn3。所对应的管侧网格单元的水速数据分别为SP[n1]、SP[n2]、SP[n3]。则步骤35中，采用拉格朗日插值计算方法，得到第j个壳侧网格单元水速C_UDMI(cell,thread,0)的计算公式如下：

步骤34中，采用for循环函数进行n个管侧网格单元的遍历，并从计算的n个距离差值dd中挑选出最小的三个距离差值dd，具体包括如下步骤。

步骤34a)，建立长度为10的数组low[10]：在for循环函数中，建立一个长度均为10的数组low[10]和lowindex[10]。其中，数组low[10]用于存放10个距离差值dd。lowindex[10]用于存放10个dd值所对应的管侧网格单元的数组序号。

步骤34b)，数组中数值存放：当距离差值dd超过dd1时，将当前距离差值dd存放在low[10]数组中，并且把当前访问到的管侧网格单元的数组序号k存放于lowindex[10]中。同时，设置一个正整数型数值i，从i＝1开始，按照i＝i+1，进行迭代替换，记录数组中数值的存放次数。

步骤34c)，数组中数值替换更新：当i≥11时，表明low[10]和lowindex[10]中已全部赋值。对接下来计算的每个距离差值dd，依次与low[10]中的每个数值进行比对，如果小于其中某个数，则在low[10]与lowindex[10]进行相应的替换。直至，n个管侧网格单元遍历完成，此时，low[10]中存储的数值则为挑选出的最小的十个距离差值dd。lowindex[10]中的数组序号与low[10]中存储的数值相对应。

步骤34d)挑选最小三个距离差值dd：利用冒泡排序法对步骤34c)得到的low[10]与lowindex[10]进行从大到小的排序，最终low[9]、low[8]和low[7]为满足要求的点，对应的数组序号为lowindex[9]、lowindex[8]和lowindex[7]，记为ddn1、ddn2和ddn3。

还包括步骤4，距离初始阈值dd1的修正与优化，包括如下步骤：

步骤41，建立壳侧水速云图：通过步骤3确定的壳侧网格单元水速，建立壳侧水速云图。

步骤42，距离初始阈值dd1的修正与优化：通过对建立的壳侧水速云图的观察，进行距离初始阈值dd1的修正与优化。

步骤42中，对壳侧水速云图观察，当壳侧水速云图变化粗糙或出现“坏点”时，表明距离初始阈值dd1设定过大，缩小距离初始阈值dd1后，重复步骤3与步骤4，直至与管侧水速云图分布相一致。

步骤42中，对壳侧水速云图观察，当电脑内存超过设定阈值或壳侧水速云图出现锯齿状时，表明距离初始阈值dd1设定过小，增大距离初始阈值dd1后，重复步骤3与步骤4，直至与管侧水速云图分布相一致。

步骤33中，距离初始阈值dd1选择单个管侧网格单元与单个壳侧网格网格单元的限制最小值。

步骤1的网格划分软件为Workbench Meshing网格划分平台。

本发明具有如下有益效果：

1、利用数值计算方法将管侧网格中心点水速布置到壳侧网格中去，以便壳侧模型后续更为精准的模拟其流场与温度场。

2、提供了凝汽器数值模拟壳侧、管侧模型联合模拟的一种方法，利用数学方法解决了管壳侧网格数不同数据耦合的问题，以及能利用简单、直观的方式判断数据导入的成功性。

3、由于仿真软件并不能提供模型分开建立的数据传输功能，并且两者模型网格数并不相同，对于数据的联合更是难上加难。本发明利用自定义程序解决了模型网格数不同的数据耦合问题。因而，具有以下特点：

a)应用范围广，不只针对壳侧二维模型，对于三维模型也同样能使用，对于不用模型只需要反复几次调整关键距离初始阈值就能达成预期效果。

b)程序精简，执行方式便捷，基于fluent二次开发平台，将所有程序放入INIT宏中，只需将自定义程序编译并且挂载。

c)判断标准直观，利用fluent截面云图功能能直接显示程序是否导入成功。

附图说明

图1显示了本发明中基于表面式凝汽器数值模拟汽水两侧耦合的方法流程图。

图2显示了换热管束区长度缩减前的管侧三维模型图。

图3显示了换热管束区长度缩减后的管侧三维模型图。

图4显示了平面plane1的结构示意图。

图5显示了管侧水速分布云图。

图6显示了平面plane1中相对坐标原点O1的位置示意图。

图7显示了平面plane2中相对坐标原点O2的位置示意图。

图8显示了管侧水速导入成功后壳侧二维UDMI分布云图。

图9显示了三维壳侧凝汽器建模简化图。

图10显示了管侧水速导入成功后壳侧三维UDMI分布云图。

图中有：

10.进口水室；20.出口水室；30.换热管束区域；31.管侧网格单元；32.管侧网格单元中心点；40.平面plane1；50.蒸汽进口。

具体实施方式

下面结合附图和具体较佳实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明的描述中，需要理解的是，术语“左侧”、“右侧”、“上部”、“下部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，“第一”、“第二”等并不表示零部件的重要程度，因此不能理解为对本发明的限制。本实施例中采用的具体尺寸只是为了举例说明技术方案，并不限制本发明的保护范围。

如图1所示，一种基于表面式凝汽器数值模拟汽水两侧耦合的方法，包括如下步骤。

步骤1，管侧三维模型建立及网格划分，具体包括如下步骤。

步骤11，建立管侧三维模型。

采用多孔介质法，优选在Solidwork等建模软件中建立如图2和图3所示的表面式凝汽器的管侧三维模型。其中，换热管束区域30用多孔介质代替，在实验中发现：若换热管束区域的长度按照实际长度建立如图2所示的模型，多孔介质区域的冷却水在出口水室20侧的流速分布均一，这与实际条件不相符合。因此，为减少流体在多孔介质偏离轴向的扩散，把多孔介质区域的长度减少10倍，建立如图3所示的管侧三维模型。这样，相应的轴向惯性阻力系数增加为原来的10倍，保证流体流经多孔介质的压降相同。

图3中，管侧三维模型中多孔介质的轴向阻力系数F满足关系式：

F＝F₀F_TF_W

式中，F₀表示标准参数状态下(冷却水进口温度为25.5℃)，冷却水在冷却水管内的流动损失，单位Pa/m；F_T表示实际冷却水温度偏离25.5℃时的修正系数；F_W为冷却水管壁修正系数。上述F_T、F_W的选取根据张卓澄的《大型电站凝汽器》进行选取，d表示冷却水的内径，单位m；u表示冷却水在冷却水管中的流速，单位m/s。

多孔介质区域的长度缩短前后，冷却水在多孔介质内单位长度的轴向惯性阻力系数满足以下关系式：

F₁L₁＝F₂L₂

式中，F₁表示多孔介质区域长度缩短前的轴向惯性阻力系数，单位Pa/m；L₁表示多孔介质区域长度缩短前的长度，单位m；F₂表示多孔介质区域长度缩短后的轴向惯性阻力系数，单位Pa/m；L₂表示多孔介质区域长度缩短后的长度，单位m。

步骤12，网格划分。

优选在网格划分软件Workbench Meshing中进行网格划分，重复调整网格的划分模式，使得网格畸变率不超过0.82，设置边界条件并且导出管侧网格。

步骤13，残差曲线收敛。

将步骤12导出的管侧网格，导入fluent中，湍流模型选择κ-ε的standard模式，将换热管束区域设置多孔介质区域，并设置相应的孔隙率、轴向惯性阻力系数，边界条件为质量流量进口以及压力出口，进口条件为质量流量进口，出口为定压力出口，扩散项采用二阶中心查分格式，对流项采用Quick格式，压力和速度耦合采用SIMPLE算法，观察各方程的迭代曲线，等待残差曲线平稳并且连续性残差方程小于10^-3，其余各残差曲线小于10^-6，方可判断计算收敛，若没有到达此标准适当调小松弛因子直至其收敛。

管侧模型模拟运算采用的湍流模型为κ-ε的standard模式。

步骤14，截取管侧多孔介质区域截面。

当步骤13的网格曲线收敛后，如图3所示，利用fluent中的截面功能在多孔介质区域截出一个与轴向(水流方向)垂直的平面，记为平面plane1，截取的平面plane1如图4和图6所示。

利用导出数据功能file-export-solution data，选择数据类型为ASCII，导出的平面plane1包含的所有n个管侧网格单元中心点32的坐标(XP，YP)、水速数据SP及对应的数组序号。

其中，第k个管侧网格单元导出的中心点坐标为(XP[k]，YP[k])，导出的水速数据为SP[k]。0≤k≤n-1，k也称为管侧网格单元31的数组序号，也即数组下标从0开始。

上述管侧网格单元导出的中心点坐标及水速数据优选导入存放坐标信息和水速信息的数组中。记为XP[n]，YP[n，SP[n]。管侧多孔介质区域的横、纵坐标分别对应壳侧多孔介质区域的横、纵坐标。因此，坐标数组XP[n]，YP[n]只需要存放管侧网格的横坐标与纵坐标，下标n代表数组长度，也即平面plane1中管侧网格单元的数量。

步骤14，建立管侧水速分布云图：根据步骤13导出的水速数据SP，建立如图5所示的管侧水速分布云图。

步骤2，壳侧二维模型建立及网格划分。

在建模软件CAD等中建立表面式凝汽器的壳侧二维模型。接着，采用与步骤1中相同的网格划分软件Workbench Meshing对建立的壳侧二维模型进行网格划分。

在网格划分软件中，将壳侧二维模型中的多孔介质区域，记为平面plane2，如图7所示。则平面plane2与平面plane1的大小相同，选择非结构四面体网格，调整网格大小，保证网格畸变率不超过0.82，导出壳侧网格文件.msh。

壳侧网格文件.msh中所包含的所有m个壳侧网格单元的中心点坐标，其中，第j个壳侧网格单元导出的中心点坐标为(x，y)。m＜n，1≤j≤m。

步骤3，确定壳侧网格单元的水速，具体包括如下步骤。

步骤31，建立管侧网格的相对坐标系：将平面plane1中最右下角的一个管侧网格单元中心点，作为管侧网格的相对坐标原点O1。该管侧网格的相对坐标原点O1在步骤1中导出的坐标假设为(Xsc，Ysc)，则第k个管侧网格单元中心点的相对坐标为(XP[k]-Xsc，YP[k]-Ysc)。依次类推，将步骤1导出的除相对坐标原点O1外的n-1个管侧网格单元中心点的坐标均更改为相对坐标，并形成包含n个管侧网格单元坐标的管侧网格相对坐标数组。

步骤32，建立壳侧网格的相对坐标系：将平面plane2中最右下角的一个壳侧网格单元中心点，作为壳侧网格的相对坐标原点O2。该壳侧网格的相对坐标原点O2在步骤2中导出的坐标假设为(Xqc，Yqc)，则第j个管侧网格单元中心点的相对坐标为(x-Xqc，y-Yqc)。依次类推，将步骤2导出的除相对坐标原点O2外的m-1个壳侧网格单元中心点的坐标均更改为相对坐标，并形成包含m个壳侧网格单元坐标的壳侧网格相对坐标数组。

步骤33中，距离初始阈值dd1优选选择单个管侧网格单元与单个壳侧网格网格单元的限制最小值。如单个壳侧网格单元的限制最小值为0.04m，单个壳侧网格单元的限制最小值为0.06m，则dd1优先选择为0.04m。

步骤34，第j个壳侧网格与管侧网格的坐标关联。

针对步骤32中第j个壳侧网格单元中心点的相对坐标为(x-Xqc，y-Yqc)，遍历步骤31中管侧网格相对坐标数组中的n个管侧网格单元，对每个管侧网格单元均计算与第j个壳侧网格单元中心点的距离差值dd，计算公式为：

当第k个管侧网格单元所计算的距离差值dd≤dd1时，则认为第k个管侧网格单元中心点的坐标与第j个壳侧网格的坐标相关联，停止距离差值dd的计算。

当n个管侧网格单元遍历完成，且所计算的距离差值dd均超过dd1时，从计算的n个距离差值dd中挑选出最小的三个距离差值dd，将这三个最小的距离差值dd所对应的管侧网格单元中心点，作为第j个壳侧网格的关联网格。

本步骤34中，优选采用for循环函数进行n个管侧网格单元的遍历，并从计算的n个距离差值dd中挑选出最小的三个距离差值dd，具体包括如下步骤：

步骤34a)，建立长度为10的数组low[10]：在for循环函数中，建立一个长度均为10的数组low[10]和lowindex[10]。其中，数组low[10]用于存放10个距离差值dd。lowindex[10]用于存放10个dd值所对应的管侧网格单元的数组序号。

步骤34b)，数组中数值存放：当距离差值dd超过dd1时，将当前距离差值dd存放在low[10]数组中，并且把当前访问到的管侧网格单元的数组序号k存放于lowindex[10]中。同时，设置一个正整数型数值i，从i＝1开始，按照i＝i+1，进行迭代替换，记录数组中数值的存放次数。

步骤34c)，数组中数值替换更新：当i≥11时，表明low[10]和lowindex[10]中已全部赋值。对接下来计算的每个距离差值dd，依次与low[10]中的每个数值进行比对，如果小于其中某个数，则在low[10]与lowindex[10]进行相应的替换。直至，n个管侧网格单元遍历完成，此时，low[10]中存储的数值则为挑选出的最小的十个距离差值dd。lowindex[10]中的数组序号与low[10]中存储的数值相对应。

步骤34d)挑选最小三个距离差值dd：利用冒泡排序法对步骤34c)得到的low[10]与lowindex[10]进行从大到小的排序，最终low[9]、low[8]和low[7]为满足要求的点，对应的数组序号为lowindex[9]、lowindex[8]和lowindex[7]，记为ddn1、ddn2和ddn3。

上述三个最小的距离差值dd所对应的管侧网格单元，所对应的数组序号分别即为ddn1、ddn2和ddn3。所对应的管侧网格单元的水速数据分别为SP[n1]、SP[n2]、SP[n3]。则步骤35中，采用拉格朗日插值计算方法，得到第j个壳侧网格单元水速C_UDMI(cell,thread,0)的计算公式如下：

步骤35，确定壳侧网格单元的水速：步骤34中，当第k个管侧网格单元所计算的距离差值dd≤dd1时，将第k个管侧网格单元所对应的水速数据SP[k]，作为第j个壳侧网格单元的水速。当n个距离差值dd均超过dd1时，对三个最小距离差值dd所对应的管侧网格单元的三个水速值，采用拉格朗日插值计算方法，得到第j个壳侧网格单元的水速。

步骤36，剩余壳侧网格与管侧网格的坐标关联：遍历步骤32中剩余的m-1个壳侧网格单元中心点。

上述遍历方法优选为：编译fluent的自定义程序(简称udf)，并放入在DEFINE_INIT宏中。同时，利用fluent自带的循环函数begin_c_loop(domain,ID)，end_c_loop_all(cell,thread)对壳侧的m-1个网格单元体进行循环访问，利用C_CENTROID函数读取壳侧网格单元的中心点的绝对坐标(x，y)和壳侧网格单元的相对坐标为(x-Xqc，y-Yqc)。

对每个壳侧网格单元中心点均计算其与步骤31中管侧网格相对坐标数组中每个管侧网格单元的距离差值dd。采用步骤34的方法，确定每个壳侧网格单元中心点相关联的管侧网格单元中心点的坐标。采用步骤35的方法，确定每个壳侧网格单元的水速。

步骤4，距离初始阈值dd1的修正与优化，包括如下步骤：

步骤41，建立壳侧水速云图。

通过步骤3确定的壳侧网格单元水速，建立壳侧水速云图。

具体操作方法为：在fluent中导入壳侧网格文件.msh，利用fluent的compiled功能进行编译，并且在Function Hook把相应的init宏udf程序挂载上去，初始化case。

步骤42，距离初始阈值dd1的修正与优化：通过对建立的壳侧水速云图的观察，进行距离初始阈值dd1的修正与优化。

步骤42中，对壳侧水速云图观察，当壳侧水速云图变化粗糙或出现“坏点”时，表明距离初始阈值dd1设定过大，缩小距离初始阈值dd1后，重复步骤3与步骤4，直至与管侧水速云图分布相一致。

上述坏点是指壳侧水速分布图中水速的突变点，特征是圆形区域且范围较小，数值与周围网格对应的速度值相差甚远。dd1优选一次变化缩减原来的1/3。

步骤42中，对壳侧水速云图观察，当电脑内存超过设定阈值壳侧水速云图出现锯齿状时，表明距离初始阈值dd1设定过小，增大距离初始阈值dd1后，重复步骤3与步骤4，直至与管侧水速云图分布相一致。

上述锯齿状分布属于大部分壳侧水速按照拉格朗日差值算法求得，人工处理过程过于繁琐，对比管侧水速阶梯状分布，壳侧水速分布难免有失真现象。每次增大原来距离值的1/3。

以上算法，对于三维管侧，二维壳侧凝汽器模型计算耦合适用，同时也对三维管侧，三维壳侧的凝汽器模型适用，三维壳侧模型以及水速导入成功后的分布云图如图9和图10所示。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于表面式凝汽器数值模拟汽水两侧耦合的方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1，管侧三维模型建立及网格划分：采用多孔介质法，在建模软件中建立表面式凝汽器的管侧三维模型；接着，采用网格划分软件对建立的管侧三维模型进行网格划分，并在多孔介质区域截取一个与水流方向相垂直的截面，记为平面plane1；将平面plane1中包含的所有n个管侧网格单元的中心点坐标(XP，YP)及水速数据SP进行导出；其中，第k个管侧网格单元导出的中心点坐标为(XP[k]，YP[k])，导出的水速数据为SP[k]；0≤k≤n-1，k也称为管侧网格单元的数组序号；

步骤2，壳侧二维模型建立及网格划分：在建模软件中建立表面式凝汽器的壳侧二维模型；接着，采用与步骤1中相同的网格划分软件对建立的壳侧二维模型进行网格划分，在网格划分软件中，将壳侧二维模型中的多孔介质区域，记为平面plane2，则平面plane2与平面plane1的大小相同，并将平面plane2中所包含的所有m个壳侧网格单元的中心点坐标进行导出，其中，第j个壳侧网格单元导出的中心点坐标为(x，y)；m＜n，1≤j≤m；

步骤3，确定壳侧网格单元的水速，具体包括如下步骤：

步骤31，建立管侧网格的相对坐标系：将平面plane1中最右下角的一个管侧网格单元中心点，作为管侧网格的相对坐标原点O1；该管侧网格的相对坐标原点O1在步骤1中导出的坐标假设为(Xsc，Ysc)，则第k个管侧网格单元中心点的相对坐标为(XP[k]-Xsc，YP[k]-Ysc)；依次类推，将步骤1导出的除相对坐标原点O1外的n-1个管侧网格单元中心点的坐标均更改为相对坐标，并形成包含n个管侧网格单元坐标的管侧网格相对坐标数组；

步骤32，建立壳侧网格的相对坐标系：将平面plane2中最右下角的一个壳侧网格单元中心点，作为壳侧网格的相对坐标原点O2；该壳侧网格的相对坐标原点O2在步骤2中导出的坐标假设为(Xqc，Yqc)，则第j个管侧网格单元中心点的相对坐标为(x-Xqc，y-Yqc)；依次类推，将步骤2导出的除相对坐标原点O2外的m-1个壳侧网格单元中心点的坐标均更改为相对坐标，并形成包含m个壳侧网格单元坐标的壳侧网格相对坐标数组；

步骤33，设定距离初始阈值dd1；

步骤34，第j个壳侧网格与管侧网格的坐标关联：针对步骤32中第j个壳侧网格单元中心点的相对坐标为(x-Xqc，y-Yqc)，遍历步骤31中管侧网格相对坐标数组中的n个管侧网格单元，对每个管侧网格单元均计算与第j个壳侧网格单元中心点的距离差值dd，计算公式为：

当第k个管侧网格单元所计算的距离差值dd≤dd1时，则认为第k个管侧网格单元中心点的坐标与第j个壳侧网格的坐标相关联，停止距离差值dd的计算；当n个管侧网格单元遍历完成，且所计算的距离差值dd均超过dd1时，从计算的n个距离差值dd中挑选出最小的三个距离差值dd，将这三个最小的距离差值dd所对应的管侧网格单元中心点，作为第j个壳侧网格的关联网格；

步骤35，确定壳侧网格单元的水速：步骤34中，当第k个管侧网格单元所计算的距离差值dd≤dd1时，将第k个管侧网格单元所对应的水速数据SP[k]，作为第j个壳侧网格单元的水速；当n个距离差值dd均超过dd1时，对三个最小距离差值dd所对应的管侧网格单元的三个水速值，采用拉格朗日插值计算方法，得到第j个壳侧网格单元的水速；

步骤36，剩余壳侧网格与管侧网格的坐标关联：遍历步骤32中剩余的m-1个壳侧网格单元中心点，对每个壳侧网格单元中心点均计算其与步骤31中管侧网格相对坐标数组中每个管侧网格单元的距离差值dd；采用步骤34的方法，确定每个壳侧网格单元中心点相关联的管侧网格单元中心点的坐标；采用步骤35的方法，确定每个壳侧网格单元的水速。

2.根据权利要求1所述的基于表面式凝汽器数值模拟汽水两侧耦合的方法，其特征在于：步骤34中，三个最小的距离差值dd所对应的管侧网格单元，所对应的数组序号分别即为ddn1、ddn2和ddn3；所对应的管侧网格单元的水速数据分别为SP[n1]、SP[n2]、SP[n3]；则步骤35中，采用拉格朗日插值计算方法，得到第j个壳侧网格单元水速C_UDMI(cell,thread,0)的计算公式如下：

3.根据权利要求1或2所述的基于表面式凝汽器数值模拟汽水两侧耦合的方法，其特征在于：步骤34中，采用for循环函数进行n个管侧网格单元的遍历，并从计算的n个距离差值dd中挑选出最小的三个距离差值dd，具体包括如下步骤：

步骤34a)，建立长度为10的数组low[10]：在for循环函数中，建立一个长度均为10的数组low[10]和lowindex[10]；其中，数组low[10]用于存放10个距离差值dd；lowindex[10]用于存放10个dd值所对应的管侧网格单元的数组序号；

步骤34b)，数组中数值存放：当距离差值dd超过dd1时，将当前距离差值dd存放在low[10]数组中，并且把当前访问到的管侧网格单元的数组序号k存放于lowindex[10]中；同时，设置一个正整数型数值i，从i＝1开始，按照i＝i+1，进行迭代替换，记录数组中数值的存放次数；步骤34c)，数组中数值替换更新：当i≥11时，表明low[10]和lowindex[10]中已全部赋值；对接下来计算的每个距离差值dd，依次与low[10]中的每个数值进行比对，如果小于其中某个数，则在low[10]与lowindex[10]进行相应的替换；直至，n个管侧网格单元遍历完成，此时，low[10]中存储的数值则为挑选出的最小的十个距离差值dd；lowindex[10]中的数组序号与low[10]中存储的数值相对应；

步骤34d)挑选最小三个距离差值dd：利用冒泡排序法对步骤34c)得到的low[10]与lowindex[10]进行从大到小的排序，最终low[9]、low[8]和low[7]为满足要求的点，对应的数组序号为lowindex[9]、lowindex[8]和lowindex[7]，记为ddn1、ddn2和ddn3。

4.根据权利要求1所述的基于表面式凝汽器数值模拟汽水两侧耦合的方法，其特征在于：还包括步骤4，距离初始阈值dd1的修正与优化，包括如下步骤：

步骤41，建立壳侧水速云图：通过步骤3确定的壳侧网格单元水速，建立壳侧水速云图；

步骤42，距离初始阈值dd1的修正与优化：通过对建立的壳侧水速云图的观察，进行距离初始阈值dd1的修正与优化。

5.根据权利要求4所述的基于表面式凝汽器数值模拟汽水两侧耦合的方法，其特征在于：步骤42中，对壳侧水速云图观察，当壳侧水速云图变化粗糙或出现“坏点”时，表明距离初始阈值dd1设定过大，缩小距离初始阈值dd1后，重复步骤3与步骤4，直至与管侧水速云图分布相一致。

6.根据权利要求4或5所述的基于表面式凝汽器数值模拟汽水两侧耦合的方法，其特征在于：步骤42中，对壳侧水速云图观察，当电脑内存超过设定阈值或壳侧水速云图出现锯齿状时，表明距离初始阈值dd1设定过小，增大距离初始阈值dd1后，重复步骤3与步骤4，直至与管侧水速云图分布相一致。

7.根据权利要求1所述的基于表面式凝汽器数值模拟汽水两侧耦合的方法，其特征在于：步骤33中，距离初始阈值dd1选择单个管侧网格单元与单个壳侧网格网格单元的限制最小值。

8.根据权利要求1所述的基于表面式凝汽器数值模拟汽水两侧耦合的方法，其特征在于：步骤1的网格划分软件为Workbench Meshing网格划分平台。

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