CN111861005A - 一种预测倾斜平板上冷凝液体滴落量的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种预测倾斜平板上冷凝液体滴落量的方法，步骤如下：1、对需要研究的整个平板的面朝下冷凝面沿高度方向自上而下划分控制体；2、从第1个控制体开始直至最后一个控制体，依次根据由上一个控制体计算得到流水量作为输入参数，向下计算控制体的冷凝量，滴落量与从该控制体流出的流水量，不断将控制体计算过程向下推进直至最后一个控制体计算完成；3、累加所有控制体的滴落量，获得整个平板的滴落量；该方法能够较为准确地预测倾斜平板上冷凝液体的冷凝量与滴落量，同时具有实际工程应用适用性强和对程序友好性高的优点。

Description

一种预测倾斜平板上冷凝液体滴落量的方法
技术领域
本发明属于方法发明技术领域，具体涉及一种用于预测倾斜面朝下的冷凝平板上，冷凝液体滴落量的方法。
背景技术
当蒸汽接触到倾斜面朝下的冷凝平板时，会释放潜热并凝结成冷凝液体。当平板上的冷凝液体逐渐增多，冷凝液体会以贴壁液膜的形式沿着平板向下流动，而部分冷凝液体可能会直接以形成液滴从平板上直接滴落，该现象被称为“平板滴落现象”。
平板滴落现象在工业与生活体系中的某些场景非常常见。例如，某些核电厂设计有安全壳冷却系统，当反应堆事故后蒸汽泄漏进入安全壳后，蒸汽会在安全壳内侧冷凝，大部分冷凝液体会沿着安全壳内壁面向下流动，最终流入内置换料水箱从而被循环使用，但是由于平板滴落现象造成的滴落冷凝液体却无法被收集使用，造成了内置换料水箱水位的损失，因此，准确预测安全壳上冷凝液体滴落量对于核电厂安全壳设计与事故分析具有重要意义。
综上所述，目前需要开发一种能够预测倾斜平板上冷凝液体滴落量的方法，来指导某些生活与工业设备的设计与验证。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种预测倾斜平板上冷凝液体滴落量的方法，该方法能够较为准确地预测冷凝平板上局部或整体的冷凝液体滴落量。为了实现该预测方法，本发明还提供了一种预测冷凝量和一种预测滴落量的新模型。
为达到上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种预测倾斜平板上冷凝液体滴落量的方法，包括如下三个步骤：
步骤一：将整个平板的倾斜面朝下冷凝面沿高度方向自上而下划分为多个控制体；
步骤二：从第1个控制体开始直至最后一个控制体，依次根据由上一个控制体(第i-1个控制体)计算得到流水量F(i-1)作为输入参数，向下计算第i个控制体的冷凝量C(i)、滴落量D(i)与流水量F(i)，不断将控制体计算过程向下推进直至最后一个控制体计算完成。其中冷凝量C(i)与滴落量D(i)分别采用以下冷凝量预测模型和滴落量预测模型来完成计算：
冷凝量C(i)采用如下冷凝量预测模型计算：
Figure BDA0002597226390000021
上式中，P为冷凝环境总压力，单位为kPa；Ts为蒸汽饱和温度，单位为K；Tw(i)为平板冷凝面上第i个控制体的温度，单位为K；Xa为冷凝环境中不凝结气体的摩尔份额；A(i)为平板冷凝面上第i个控制体的面积，单位为m2；hfg为蒸汽汽化潜热，单位为kJ/kg。
滴落量D(i)采用如下滴落量预测模型计算：
Figure BDA0002597226390000022
上式中，α为常数；F(i-1)为从上一个控制体(第i-1个控制体)表面流入第i个控制体内的流水量，由上一个控制体内的质量守恒准则计算；θ(i)为第i个控制体的倾斜角度；Re(i)与ReC(i)分别为第i个控制体表面冷凝液体流动的修正雷诺数与临界雷诺数，分别由以下两式计算：
Figure BDA0002597226390000031
ReC(i)＝β·Sinθ(i)+15.1
上两式中，μ为冷凝液体的动力黏度，单位为Pa·s；β为常数；L为所有控制体宽度即平板宽度；
步骤三：累加所有控制体的滴落量，即为整个平板的滴落量。
本发明具有以下优点和有益效果：
1.该方法从理论机理出发，结合了实验规律，能够较为准确地预测倾斜平板上冷凝液体的冷凝量与滴落量；
2.该方法能够充分考虑不同平板表面位置的参数非均匀性，因此具备很好地适应各种不同的实际工程应用场景；
3.该方法与其所包括的模型可以方便地采用程序语言编写成独立的计算程序，或融合进其他现有计算程序中。
附图说明
图1为倾斜的面朝下冷凝平板的控制体划分示意图。
图2为预测平板上冷凝液体滴落量的计算流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。
本发明提供了一种预测倾斜平板上冷凝液体滴落量的方法，具体方法如下：
步骤一：如图1所示，将整个平板的倾斜面朝下冷凝面沿高度方向自上而下划分n个控制体，其中第i个控制体长度为H(i)，倾斜角度为θ(i)，所有控制体宽度与平板宽度一致均为L。
步骤二：如图2所示，从第1个控制体开始，依次向下计算第i个控制体的冷凝量C(i)、滴落量D(i)与流水量F(i)，直至最后一个控制体计算完成。以第i个控制体为例，具体的计算方法如下：
根据上一个控制体(第i-1个控制体)的计算结果获得流入第i个控制体的流水量F(i-1)，其中流入到第1个控制体的流水量F(0)为0。
根据以下冷凝量预测模型计算冷凝在第i个控制体上的冷凝量C(i)：
Figure BDA0002597226390000041
上式中，P为冷凝环境总压力，单位为kPa；Ts为蒸汽饱和温度，单位为K；Tw(i)为平板冷凝面上第i个控制体的温度，单位为K；Xa为冷凝环境中不凝结气体的摩尔份额；A(i)为平板冷凝面上第i个控制体的面积(等于L×H(i))，单位为m2；hfg为蒸汽汽化潜热，单位为kJ/kg。
根据以下滴落量预测模型计算从第i个控制体上滴落的滴落量D(i)：
Figure BDA0002597226390000042
上式中，α为常数，由平板冷凝面的材料与粗糙度确定，一般材料取值范围为10-7至10-6，壁面光滑的不锈钢可取3×10-6；Re(i)与ReC(i)分别为第i个控制体表面冷凝液体流动的修正雷诺数与临界雷诺数，分别由以下两式计算：
Figure BDA0002597226390000043
ReC(i)＝β·Sinθ(i)+15.1
上两式中，μ为冷凝液体的动力黏度，单位为Pa·s；β为常数，由平板冷凝面的材料与粗糙度确定，一般材料取值范围为100至400，壁面光滑的不锈钢可取213.2。
根据质量守恒的准则，由下式计算从第i个控制体上流出的流水量F(i)：
F(i)＝C(i)+F(i-1)-D(i)
根据图1与图2所示，从第i个控制体上流出冷凝液体会全部流入下一个控制体(第i+1个控制体)中，因此从第i个控制体上流出的流水量F(i)即为流入到第i+1个控制体的流水量。
以F(i)为输入条件，计算下一个控制体的冷凝量C(i+1)，滴落量D(i+1)与流水量F(i+1)，重复该步骤直至所有控制体计算完成。
步骤三：根据下式累加所有控制体的滴落量，即为整个平板的滴落量：
Figure BDA0002597226390000051
上式中，Dt为整个平板的滴落量。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。

Claims (1)

1.一种预测倾斜平板上冷凝液体滴落量的方法，其特征在于：针对倾斜的面朝下冷凝平板划分控制体，从上游至下游控制体依次根据预测模型进行计算，实现对整个平板冷凝液体滴落量的预测；
该方法包括以下步骤：
步骤一：将整个平板的倾斜面朝下冷凝面沿高度方向自上而下划分为多个控制体；
步骤二：从第1个控制体开始直至最后一个控制体，依次根据由上一个控制体即第i-1个控制体计算得到流水量F(i-1)作为输入参数，向下计算第i个控制体的冷凝量C(i)、滴落量D(i)与流水量F(i)，不断将控制体计算过程向下推进直至最后一个控制体计算完成；其中冷凝量C(i)与滴落量D(i)分别采用以下冷凝量预测模型和滴落量预测模型来完成计算：
冷凝量C(i)采用如下冷凝量预测模型计算：
Figure FDA0002597226380000011
上式中，P为冷凝环境总压力，单位为kPa；Ts为蒸汽饱和温度，单位为K；Tw(i)为平板冷凝面上第i个控制体的温度，单位为K；Xa为冷凝环境中不凝结气体的摩尔份额；A(i)为平板冷凝面上第i个控制体的面积，单位为m2；hfg为蒸汽汽化潜热，单位为kJ/kg；
滴落量D(i)采用如下滴落量预测模型计算：
Figure FDA0002597226380000012
上式中，α为常数；F(i-1)为从上一个控制体即第i-1个控制体表面流入第i个控制体内的流水量，由上一个控制体内的质量守恒准则计算；θ(i)为第i个控制体的倾斜角度；Re(i)与ReC(i)分别为第i个控制体表面冷凝液体流动的修正雷诺数与临界雷诺数，分别由以下两式计算：
Figure FDA0002597226380000021
ReC(i)＝β·Sinθ(i)+15.1
上两式中，μ为冷凝液体的动力黏度，单位为Pa·s；β为常数；L为所有控制体宽度即平板宽度；
步骤三：累加所有控制体的滴落量，即为整个平板的滴落量。
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