CN112380713B - 一种蒸汽发生器倒u型管金属壁温度分布估计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种蒸汽发生器倒U型管金属壁温度分布估计方法，其中：获取给定时刻下蒸汽发生器的实时运行数据；计算一回路冷却剂与倒U型管金属壁之间的传热系数以及倒U型管金属壁与二回路工质之间的传热系数；建立下降通道模型，得到当前时刻下降通道底部出口液相工质的流量、温度及压力；建立一回路冷却剂模型，得到倒U型管金属壁的温度分布；建立上升通道模型，得到当前时刻沿倒U型管高度的二回路工质的流速、温度和压力分布；建立汽水分离器模型，计算得到汽水分离器出口气相工质和液相工质的温度、压力和质量流量。在实际应用中，蒸汽发生器倒U型管金属壁温度分布无实测值，本发明可用于蒸汽发生器倒U型管金属壁温度分布实时估计。

Description

一种蒸汽发生器倒U型管金属壁温度分布估计方法
技术领域
本发明属于核电站运行优化控制技术领域，具体地，给出了一种机理建模与DCS(运行机组现场分布式控制系统)实时测量数据相结合的核电蒸汽发生器倒U型管金属壁温度分布实时估计(辨识)方法及系统，属于核电站运行优化控制技术领域。
背景技术
蒸汽发生器是核动力设备的主要设备之一，它既是一回路设备，又是二回路设备，被称为核电站一、二回路之间的枢纽，它是完成热量从一回路到二回路的传递设备，它的安全运行事关整个核电站的正常运行。在核反应堆中，核裂变产生的热量由一回路冷却剂带出，通过蒸汽发生器倒U型管将热量传递给二回路工质，使过冷状态水转变成饱和蒸汽。饱和蒸汽再流入汽轮机中做功，通过同轴发电机转换为电能。
蒸汽发生器结构复杂，它是由外壳、水室、管束、管板、和蒸汽干燥器等装置组成。在蒸汽发生器内部存在着复杂的传热过程。例如在蒸汽发生器二回路侧，过冷水被逐渐气化变成饱和蒸汽，在气化过程中，倒U型管向工质的热量传递包括单相对流换热、过冷沸腾以及饱和沸腾对流换热。在沸腾对流换热过程中，二回路工质局部汽化，形成气液两相流。气泡产生、成长、脱离壁面区域的过程强烈扰动二回路水位及传热阻力。而在蒸汽发生器一回路侧，冷却剂向倒U型管的热量传递为单相对流换热。由于蒸汽发生器系统的非线性、非对称性、时滞以及两相流换热过程的复杂性，目前国内外的相关研究以对蒸汽发生器集总参数建模和稳态性能仿真为主，对蒸汽发生器内部工质动态研究较少，故研究成果并不能用于变工况条件下的蒸汽发生器动态特性仿真，也不能用于改进蒸汽发生器实时液位控制系统的控制品质。
经过对现有技术检索后发现，授权公告号为CN201410373080.5，授权公告日为2014年10月08日的中国发明专利《一种自然循环蒸汽发生器的热传导建模与计算方法》，提出了一种建立反应堆U型管式蒸汽发生器热传导计算方法，包括建立倒U型传热管一次侧壁温、二次侧壁温和污垢表面温度传递函数，实现了自然循环蒸汽发生器热传导的快速计算。该专利主要贡献在于实现了蒸汽发生器内工质热传导的实时计算，但未提出蒸汽发生器倒U型管金属壁温度分布计算方法。综上，现有公开报道均未涉及核电蒸汽发生器倒U型管金属壁温度分布实时估计问题，这一空缺有待填补。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种核电蒸汽发生器倒U型管金属壁温度分布实时估计方法。
本发明是通过以下技术方案实现的。
本发明提供了一种蒸汽发生器倒U型管金属壁温度分布估计方法，包括：
获取给定时刻下蒸汽发生器的实时运行数据；
将蒸汽发生器划分为热段、冷段和汽水分离器，其中热段和冷段又分别划分为下降通道和上升通道：下降通道是指外壳与内部套筒之间工质流经的空间，工质向下流动；上升通道是指内部套筒与倒U型管金属壁之间工质流经的空间，工质向上流动；
利用获取的蒸汽发生器的实时运行数据，建立下降通道模型，采用差分解法求解下降通道模型，得到当前时刻下降通道底部出口液相工质的温度、压力及质量流量；
利用获取的蒸汽发生器的实时运行数据，建立一回路冷却剂模型，采用差分解法求解一回路冷却剂模型，得到倒U型管金属壁的温度分布；
利用获取的蒸汽发生器的实时运行数据以及得到的下降通道底部出口液相工质的流量、温度、压力，采用差分解法求解上升通道模型，得到当前时刻沿倒U型管高度的二回路工质的流速、温度以及压力分布；
利用获取的蒸汽发生器的实时运行数据以及解算上升通道模型得到的上升通道顶部出口气液混合物工质的流速、温度以及压力，建立汽水分离器模型，采用差分解法求解汽水分离器模型，得到汽水分离器出口气相工质、液相工质的温度、压力和质量流量；汽水分离器出口液相工质就是下降通道模型入口再循环水；
利用计算得到的汽水分离器出口液相工质参数重新计算上述的下降通道模型、一回路冷却剂模型、上升通道模型以及汽水分离器模型，重复计算至模型收敛，得到蒸汽发生器倒U型管金属壁的温度分布。
优选地，所述给定时刻下蒸汽发生器的实时运行数据，包括：
-机组负荷；
-给水温度、压力以及质量流量；
-饱和蒸汽温度、压力以及质量流量；
-一回路冷却剂进出口温度、压力以及质量流量；
-水位高度。
优选地，在所述上升通道中，根据二回路工质状态将上升通道划分为预热区和沸腾区；其中，预热区和沸腾区分界面的划分依据为：
hRC(t,z)＝hsw(t,z) (1)
式中，hRC(t,z)是上升通道在当前时刻t下高度为z的二回路工质的比焓；hsw(t,z)是在当前时刻t下高度为z的二回路工质饱和状态的比焓。
优选地，所述下降通道入口液相工质中，占比
Figure BDA0002787702300000031
的给水流入热段，占比
Figure BDA0002787702300000032
Figure BDA0002787702300000033
的给水流入冷段，占比
Figure BDA0002787702300000034
的再循环水流入热段，占比
Figure BDA0002787702300000035
的再循环水流入冷段；根据动量、质量和能量守恒关系，建立热段下降通道模型为式(2)～(4)：
Figure BDA0002787702300000036
Figure BDA0002787702300000037
Figure BDA0002787702300000038
式中，MHL,DC是热段下降通道液相工质质量；ρHL,DC是热段下降通道底部出口液相工质密度；AHL,DC是热段下降通道的横截面积；H是下降通道的水位高度；Gfw是给水质量流量；Grw是再循环水质量流量；GHL,DC,out是热段下降通道底部出口液相工质质量流量；CP,HL,DC是热段下降通道液相工质的定压比热容；THL,DC是热段下降通道底部出口液相工质温度；hHL,DC是热段下降通道液相工质比焓，可根据热段下降通道液相工质温度和压力通过工质物性参数数据库计算得到；hfw是给水比焓，可根据给水温度和压力通过工质物性参数数据库计算得到；hrw是再循环水比焓，可根据再循环水温度和压力通过工质物性参数数据库计算得到；hHL,DC,out是热段下降通道底部出口液相工质比焓，可根据热段下降通道底部出口液相工质温度和压力通过工质物性参数数据库计算得到；PHL,DC热段下降通道底部出口液相工质压力；GHL,DC是热段下降通道液相工质质量流量；fHL,DC是热段下降通道摩擦因子；De,HL,DC是热段下降通道当量直径；g是重力加速度。
通过对热段下降通道模型求解，得到当前时刻热段下降通道底部出口液相工质的温度、压力以及质量流量。
建立冷段下降通道模型为式(5)～(7)：
Figure BDA0002787702300000041
Figure BDA0002787702300000042
Figure BDA0002787702300000043
式中，MCL,DC是冷段下降通道液相工质质量；ρCL,DC是冷段下降通道液相工质密度；ACL,DC是冷段下降通道的横截面积；GCL,DC,out是冷段下降通道底部出口液相工质质量流量；CP,CL,DC是冷段下降通道液相工质的定压比热容；TCL,DC是冷段下降通道液相工质温度；hCL,DC是冷段下降通道液相工质比焓，可根据冷段下降通道液相工质温度和压力通过工质物性参数数据库计算得到；hCL,DC,out是冷段下降通道底部出口液相工质比焓，可根据冷段下降通道底部出口液相工质温度和压力通过工质物性参数数据库计算得到；PCL,DC冷段下降通道液相工质压力；GCL,DC是冷段下降通道液相工质质量流量；fCL,DC是冷段下降通道摩擦因子；De,CL,DC是冷段下降通道当量直径；
通过对冷段下降通道模型求解，得到当前时刻冷段下降通道底部出口液相工质的温度、压力以及质量流量。
优选的，热段和冷段一回路冷却剂与倒U型管金属壁之间传热系数KHL,PS和KCL,PS以及热段和冷段预热区倒U型管金属壁与二回路工质之间的传热系数KHL,RC,PR和KCL,RC,PR，上述4个参数简记为K，均分别采用采用迪图斯-贝尔公式计算：
K＝0.023Rew 0.8Prw 0.3λw/dHL,MT (8)
式中，Rew是对应的热段或冷段一回路或二回路工质雷诺数；Prw是对应的热段或冷段一回路或二回路工质普朗特数；λw是对应的热段或冷段一回路或二回路工质热导率；dHL,MT是倒U型管内径；
将热段和冷段沸腾区倒U型管金属壁与二回路工质之间的传热系数KHL,RC,BR和KCL,RC,BR简记为K*，两参数均分别采用式(9)～(14)计算：
K*＝Kcht+Kbht (9)
Figure BDA0002787702300000051
Figure BDA0002787702300000052
Figure BDA0002787702300000053
Figure BDA0002787702300000054
Figure BDA0002787702300000055
式中，Kcht、Kbht分别是对流传热部分的传热系数和泡核沸腾传热部分的传热系数；CP,w是工质定压比热容；hfs是沸腾区液相工质汽化潜热；σ沸腾区液相工质表面张力系数；△TMT是沸腾区倒U型管金属壁过热度；△PMT是沸腾区饱和蒸汽压差；x是质量气含率；ρw是上升通道液相工质密度；ρs是上升通道饱和蒸汽密度；μw是上升通道液相工质粘性系数；μs是上升通道饱和蒸汽粘性系数；dHL,MT是热段倒U型管内径；G是工质质量流量；Xtt和S是中间变量。
优选的，考虑热段一回路冷却剂重力压降，根据动量、质量和能量守恒关系，建立热段一回路冷却剂模型为式(15)～(18)：
Figure BDA0002787702300000056
Figure BDA0002787702300000057
Figure BDA0002787702300000058
Figure BDA0002787702300000061
式中，ρHL,PS是热段一回路冷却剂密度；WHL,PS是热段一回路冷却剂的流速；CP,HL,PS是热段一回路冷却剂定压比热容；THL,PS是热段一回路冷却剂温度；THL,MT是热段倒U型管金属壁温度；KHL,PS是热段一回路冷却剂通过倒U型管金属壁向二回路工质传热的传热系数；dHL,MT是热段倒U型管内径；PHL,PS是热段一回路冷却剂压力。
通过对热段一回路冷却剂模型求解，得到热段倒U型管金属壁的温度分布。
建立冷段一回路冷却剂模型为式(19)～(22)：
Figure BDA0002787702300000062
Figure BDA0002787702300000063
Figure BDA0002787702300000064
Figure BDA0002787702300000065
式中，ρCL,PS是冷段一回路冷却剂密度；WCL,PS是冷段一回路冷却剂的流速；CP,CL,PS是冷段一回路冷却剂定压比热容；TCL,PS是冷段一回路冷却剂温度；TCL,MT是冷段倒U型管金属壁温度；KCL,PS是冷段一回路冷却剂通过倒U型管金属壁向二回路工质传热的传热系数；dCL,MT是冷段倒U型管内径；PCL,PS是冷段一回路冷却剂压力。
通过对冷段一回路冷却剂模型求解，得到冷段倒U型管金属壁的温度分布。
优选的，考虑热段上升通道工质重力压降、摩擦压降和加速压降，根据动量、质量和能量守恒关系，建立热段上升通道模型为式(23)～(30)：
Figure BDA0002787702300000066
Figure BDA0002787702300000067
Figure BDA0002787702300000068
Figure BDA0002787702300000069
Figure BDA0002787702300000071
Figure BDA0002787702300000072
Figure BDA0002787702300000073
Figure BDA0002787702300000074
式中，ρHL,RC是热段上升通道工质密度；WHL,RC是热段上升通道工质的流速；ρHL,MT是热段倒U型管金属壁密度；CP,HL,MT是热段倒U型管金属壁的定压比热容；THL,MT是热段倒U型管金属壁温度；n是倒U型管根数；KHL,RC,PR是热段上升通道预热区二回路工质与倒U型管金属壁间传热系数；dHL,MT是热段倒U型管内径；THL,RC,PR是热段上升通道预热区液相工质温度；ρHL,RC，PR是热段上升通道预热区液相工质密度；CP,HL,RC,PR是热段上升通道预热区液相工质定压比热容；WHL,RC,PR是热段上升通道预热区液相工质的流速；KHL,RC,BR是热段上升通道沸腾区二回路工质与倒U型管金属壁间传热系数；THL,RC,BR是热段上升通道沸腾区气液混合相工质温度；ρHL,RC,BR是热段上升通道沸腾区气液混合相工质密度；CP,HL,RC,BR是热段上升通道沸腾区气液混合相工质定压比热容；WHL,RC,BR是热段上升通道沸腾区气液混合相工质的流速；PHL,RC,PR是热段上升通道预热区液相工质压力a；GHL,RC,PR是热段上升通道预热区液相工质质量流量；fHL,RC,PR是热段上升通道预热区摩擦因子；De,HL,RC,PR是热段上升通道预热区当量直径；ξHL,RC,PR是热段上升通道预热区局部阻力系数；PHL,RC,BR是热段上升通道沸腾区气液混合相工质压力；GHL,RC,BR是热段上升通道沸腾区气液混合相工质质量流量；fHL,RC,BR是热段上升通道沸腾区摩擦因子；De,HL,RC,BR是热段上升通道沸腾区当量直径；φ是两相倍乘因子；ξHL,RC,BR是热段上升通道沸腾区局部阻力系数；x是质量气含率；ρw是上升通道液相工质密度；ρs是上升通道饱和蒸汽密度；μw是上升通道液相工质粘性系数；μs是上升通道饱和蒸汽粘性系数。
通过对热段上升通道模型求解，得到热段当前时刻沿倒U型管高度的二回路工质的流速、温度、压力以及传热系数分布。
建立冷段上升通道模型为式(31)～(37)：
Figure BDA0002787702300000081
Figure BDA0002787702300000082
Figure BDA0002787702300000083
Figure BDA0002787702300000084
Figure BDA0002787702300000085
Figure BDA0002787702300000086
Figure BDA0002787702300000087
式中，ρCL,RC是冷段上升通道工质密度；WCL,RC是冷段上升通道工质的流速；ρCL,MT是冷段倒U型管金属壁密度；CP,CL,MT是冷段倒U型管金属壁的定压比热容；TCL,MT是冷段倒U型管金属壁温度；KCL,RC,PR是冷段上升通道预热区二回路工质与倒U型管金属壁间传热系数；dCL,MT是冷段倒U型管内径；TCL,RC,PR是冷段上升通道预热区液相工质温度；ρCL,RC,PR是冷段上升通道预热区液相工质密度；CP,CL,RC,PR是冷段上升通道预热区液相工质定压比热容；WCL,RC,PR是冷段上升通道预热区液相工质的流速；KCL,RC,BR是冷段上升通道沸腾区二回路工质与倒U型管金属壁间传热系数；TCL,RC,BR是冷段上升通道沸腾区气液混合相工质温度；ρCL,RC,BR是冷段上升通道沸腾区气液混合相工质密度；CP,CL,RC,BR是冷段上升通道沸腾区气液混合相工质定压比热容；WCL,RC,BR是冷段上升通道沸腾区气液混合相工质的流速；PCL,RC,PR是冷段上升通道预热区液相工质压力a；GCL,RC,PR是冷段上升通道预热区液相工质质量流量；fCL,RC,PR是冷段上升通道预热区摩擦因子；De,CL,RC,PR是冷段上升通道预热区当量直径；ξCL,RC,PR是冷段上升通道预热区局部阻力系数；PCL,RC,BR是冷段上升通道沸腾区气液混合相工质压力；GCL,RC,BR是冷段上升通道沸腾区气液混合相工质质量流量；fCL,RC,BR是冷段上升通道沸腾区摩擦因子；De,CL,RC,BR是冷段上升通道沸腾区当量直径；ξCL,RC,BR是冷段上升通道沸腾区局部阻力系数；
通过对冷段上升通道模型求解，得到冷段当前时刻沿倒U型管高度的二回路工质的流速、温度、压力以及传热系数分布。
优选的，计算当前时刻沿倒U型管高度的气含率分布：
Figure BDA0002787702300000091
式中，hBR是沸腾区气液混合相工质比焓；hss是沸腾区饱和蒸汽比焓；hsw是沸腾区饱和水比焓；xBR是沸腾区工质质量气含率。hBR,hsw和hsw可根据沸腾区气液混合相工质温度和压力通过工质物性参数数据库计算得到。
优选的，所述汽水分离器模型为式(39)～(46)：
Gss,SP,out＝(xHL,RC,BR,outGHL,RC,BR,out+xCL,RC,BR,outGCL,RC,BR,out)×η
(39)
Gsw,SP,out＝(1-xHL,RC,BR,out×η)GHL,RC,BR,out+(1-xCL,RC,BR,out×η)GCL,RC,BR,out (40)
Figure BDA0002787702300000092
GSP,in＝GHL,RC,BR,out+GCL,RC,BR,out (42)
PSP,in＝PHL,RC,BR,out＝PCL,RC,BR,out (43)
TSP,in＝THL,RC,BR,out＝TCL,RC,BR,out (44)
PSP,out＝Pss,SP,out＝Tsw,SP,out (45)
TSP,in＝Tss,SP,out＝Tsw,SP,out (46)
式中，Gss,SP,out是汽水分离器出口饱和蒸汽质量流量；xHL,RC,BR,out是热段上升通道沸腾区出口气液混合相工质质量气含率；GHL,RC,BR,out是热段上升通道沸腾区出口气液混合相工质质量流量；xCL,RC,BR,out是冷段上升通道沸腾区出口气液混合相工质质量气含率；GCL,RC,BR,out是冷段上升通道沸腾区出口气液混合相工质质量流量；η是汽水分离器效率；Gsw,SP,out是汽水分离器出口饱和水质量流量；PSP,out是汽水分离器出口工质压力；Pss,SP,out是汽水分离器出口饱和蒸汽压力；Psw,SP,out是汽水分离器出口饱和水压力；PSP,in是汽水分离器入口气液混合相工质压力；TSP,in是汽水分离器入口气液混合相工质温度；TCL,RC,BR,out是冷段上升通道沸腾区出口气液混合相工质温度；THL,RC,BR,out是热段上升通道沸腾区出口气液混合相工质温度；ξSP是汽水分离器局部阻力系数；GSP,in是汽水分离器入口气液混合相工质质量流量；ρSP,in是汽水分离器入口气液混合相工质密度；PHL,RC,BR,out是热段上升通道沸腾区出口气液混合相工质压力；PCL,RC,BR,out是冷段上升通道沸腾区出口气液混合物压力。
与现有技术相比，本发明实施例具有以下至少一种有益效果：
本发明可描述蒸汽发生器内部倒U型管金属壁温度分布，此温度参数分布在真实电站是无法测量的，故现有文献和技术是将它们作为集总参数处理的，从而损失了动态特征。本发明上述方法能给出蒸汽发生器内部倒U型管金属壁温度分布的本质描述，提供在变工况条件下状态变量的动态估计，为核电站蒸汽发生器运行优化及监测提供支撑条件。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明一优选实施例蒸汽发生器倒U型管金属壁温度分布实时估计方法示意图；
图2为本发明一优选实施例蒸汽发生器简化结构示意图；
图3为本发明一优选实施例中核电站机组输出负荷变化图；
图4为本发明一优选实施例中热段倒U型管壁温度分布计算结果；
图5为本发明一优选实施例中冷段倒U型管壁温度分布计算结果。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本发明一实施例提供了一种核电蒸汽发生器倒U型管金属壁温度分布实时估计方法，以蒸汽发生器为研究对象，根据蒸汽发生器具体结构，将蒸汽发生器划分为热段、冷段和汽水分离器。基于质量、能量、动量动态衡算建立蒸汽发生器机理模型，完成模型验证，最后基于模型和DCS测量数据实时计算倒U型管金属壁温度分布。
本实施例提供的核电蒸汽发生器倒U型管金属壁温度分布实时估计方法，包括以下步骤：
步骤一，获取给定时刻下蒸汽发生器的实时运行数据；
步骤二，将蒸汽发生器划分为热段、冷段和汽水分离器，其中热段和冷段又分别划分为下降通道和上升通道：下降通道是指外壳与内部套筒之间工质流经的空间，工质向下流动；上升通道是指内部套筒与倒U型管壁之间工质流经的空间，工质向上流动；
步骤三，利用获取的蒸汽发生器的实时运行数据，建立下降通道模型，得到当前时刻下降通道底部出口液相工质的温度、压力及质量流量；
步骤四，利用获取的蒸汽发生器的实时运行数据，计算一回路冷却剂与倒U型管金属壁之间传热系数以及倒U型管金属壁与二回路工质之间的传热系数；
步骤五，利用获取的蒸汽发生器的实时运行数据，建立一回路冷却剂模型，得到倒U型管金属壁的温度分布；
步骤六，利用获取的蒸汽发生器的实时运行数据以及得到的下降通道底部出口液相工质的流量、温度、压力，建立上升通道模型，得到当前时刻沿倒U型管高度的二回路工质的流速、温度以及压力分布；
步骤七，利用获取的蒸汽发生器的实时运行数据以及得到的上升通道顶部出口气液混合物工质的流速、温度以及压力，建立汽水分离器模型，计算得到汽水分离器出口气相工质、液相工质的温度、压力和质量流量；
步骤八，将汽水分离器出口液相工质参数代回至步骤三中所述下降通道模型，利用计算得到的汽水分离器出口液相工质参数重新计算上述的下降通道模型、一回路冷却剂模型、上升通道模型以及汽水分离器模型，重复计算步骤三至七若干次，重复计算至模型收敛，得到蒸汽发生器倒U型管金属壁的温度分布。
下面结合附图，对本实施例提供的核电蒸汽发生器倒U型管金属壁温度分布实时估计方法进一步详细描述如下。
本实施例提供的方法，涉及核电站立式U型自循环蒸汽发生器全工况倒U型管金属壁温度分布实时估计。图1是实施例蒸汽发生器倒U型管金属壁温度分布实时估计方法示意图。利用从运行机组现场DCS分布式控制系统实时测量数据库中获取给定时刻下机组负荷，给水温度、压力、质量流量，饱和蒸汽温度、压力、质量流量，一回路冷却剂进出口温度、压力、质量流量以及水位高度等数据，结合工质物性参数数据库和蒸汽发生器结构参数库，解算热段模型、冷段模型和汽水分离器模型，输出倒U型管金属壁温度分布。图2是蒸汽发生器简化结构示意图。根据蒸汽发生器真实结构，进行简化划分为热段、冷段和汽水分离器。热段和冷段的二回路又可以根据工质是否达到饱和状态划分为预热区和沸腾区。
方法包括以下步骤：
步骤一、从运行机组现场分布式控制系统(DCS)实测数据库中获取给定时刻的运行数据包括：机组负荷；给水温度、压力、质量流量；饱和蒸汽温度、压力、质量流量；一回路冷却剂进出口温度、压力、质量流量以及水位高度等；
步骤二、在蒸汽发生器上升通道模型中，根据二回路工质状态将上升通道划分为预热区和沸腾区。预热区和沸腾区分界面的划分依据为：
hRC(t,z)＝hsw(t,z) (1)
式中，hRC(t,z)是上升通道当前时刻t和高度z的二回路工质的比焓，kJ/kg；hsw(t,z)是当前时刻t和高度z的二回路工质饱和状态比焓，kJ/kg。
步骤三、下降通道入口液相工质中占比80％的给水流入热段，占比20％的给水流入冷段，占比50％的再循环水流入热段，占比50％的再循环水流入冷段。求解热段下降通道模型，式(2)～(4)：
Figure BDA0002787702300000121
Figure BDA0002787702300000122
Figure BDA0002787702300000123
式中，MHL,DC是热段下降通道液相工质质量，kg；ρHL,DC是热段下降通道底部出口液相工质密度，kg/m3；AHL,DC是热段下降通道的横截面积，m2；H是下降通道的水位高度，m；Gfw是给水质量流量，kg/s；Grw是再循环水质量流量，kg/s；GHL,DC,out是热段下降通道底部出口液相工质质量流量，kg/s；CP,HL,DC是热段下降通道液相工质的定压比热容，kJ/(kg·K)；THL,DC是热段下降通道底部出口液相工质温度，K；hHL,DC是热段下降通道液相工质比焓，kJ/kg，可根据热段下降通道液相工质温度和压力通过工质物性参数数据库计算得到；hfw是给水比焓，kJ/kg，可根据给水温度和压力通过工质物性参数数据库计算得到；hrw是再循环水比焓，kJ/kg，可根据再循环水温度和压力通过工质物性参数数据库计算得到；hHL,DC，out是热段下降通道底部出口液相工质比焓，kJ/kg，可根据热段下降通道底部出口液相工质温度和压力通过工质物性参数数据库计算得到；PHL,DC热段下降通道底部出口液相工质压力，MPa；GHL,DC是热段下降通道液相工质质量流量，kg/s；fHL,DC是热段下降通道摩擦因子；De,HL,DC是热段下降通道当量直径，m；g是重力加速度，m/s2；
通过对热段下降通道模型求解，得到当前时刻热段下降通道底部出口液相工质的温度、压力以及质量流量。
求解冷段下降通道模型，式(5)～(7)：
Figure BDA0002787702300000131
Figure BDA0002787702300000132
Figure BDA0002787702300000133
式中，MCL,DC是冷段下降通道液相工质质量，kg；ρCL,DC是冷段下降通道液相工质密度，kg/m3；ACL,DC是冷段下降通道的横截面积，m2；GCL,DC,out是冷段下降通道底部出口液相工质质量流量，kg/s；CP,CL,DC是冷段下降通道液相工质的定压比热容，kJ/(kg·K)；TCL,DC是冷段下降通道液相工质温度，K；hCL,DC是冷段下降通道液相工质比焓，kJ/kg，可根据冷段下降通道液相工质温度和压力通过工质物性参数数据库计算得到；hCL,DC,out是冷段下降通道底部出口液相工质比焓，kJ/kg，可根据冷段下降通道底部出口液相工质温度和压力通过工质物性参数数据库计算得到；PCL,DC冷段下降通道液相工质压力，MPa；GCL,DC是冷段下降通道液相工质质量流量，kg/s；fCL,DC是冷段下降通道摩擦因子；De,CL,DC是冷段下降通道当量直径，m；
通过对冷段下降通道模型求解，得到当前时刻冷段下降通道底部出口液相工质的温度、压力以及质量流量。
步骤四、热段和冷段一回路冷却剂与倒U型管金属壁之间传热系数KHL,PS和KCL,PS以及热段和冷段预热区倒U型管金属壁与二回路工质之间的传热系数KHL,RC,PR和KCL,RC,PR，上述4个参数简记为K，均分别采用迪图斯-贝尔公式计算：
K＝0.023Rew 0.8Prw 0.3λw/dHL,MT (8)
式中，Rew是工质雷诺数；Prw是工质普朗特数；λw是工质热导率，kW/(m·K)；dHL,MT是倒U型管内径，m；
将热段和冷段沸腾区倒U型管金属壁与二回路工质之间的传热系数KHL,RC,BR和KCL,RC,BR简记为K*，两参数均分别采用式(9)～(14)计算：
K*＝Kcht+Kbht (9)
Figure BDA0002787702300000141
Figure BDA0002787702300000142
Figure BDA0002787702300000143
Figure BDA0002787702300000144
Figure BDA0002787702300000145
式中，Kcht、Kbht分别是对流传热部分的传热系数和泡核沸腾传热部分的传热系数，kW/(m2·K)；CP,w是一回路冷却剂定压比热容，kJ/(kg·K)；hfs是沸腾区液相工质汽化潜热，kJ/kg；σ沸腾区液相工质表面张力系数；△TMT是沸腾区倒U型管金属壁过热度，K；△PMT是沸腾区饱和蒸汽压差，MPa；x是质量气含率；ρw是上升通道液相工质密度；ρs是上升通道饱和蒸汽密度；μw是上升通道液相工质粘性系数；μs是上升通道饱和蒸汽粘性系数；dHL,MT是热段倒U型管内径；G是工质质量流量；Xtt和S是中间变量。
步骤五、考虑热段一回路冷却剂重力压降，根据动量、质量和能量守恒关系，求解热段一回路冷却剂模型，式(15)～(18)：
Figure BDA0002787702300000146
Figure BDA0002787702300000151
Figure BDA0002787702300000152
Figure BDA0002787702300000153
式中，ρHL,PS是热段一回路冷却剂密度，kg/m3；WHL,PS是热段一回路冷却剂的流速，m/s；CP,HL,PS是热段一回路冷却剂定压比热容，kJ/(kg·K)；THL,PS是热段一回路冷却剂温度，K；THL,MT是热段倒U型管金属壁温度，K；KHL,PS是热段一回路冷却剂通过倒U型管金属壁向二回路工质传热的传热系数，kW/(m2·K)；dHL,MT是热段倒U型管内径，m；PHL,PS是热段一回路冷却剂压力，MPa。
通过对热段一回路冷却剂模型求解，得到热段倒U型管金属壁的温度分布。
求解冷段一回路冷却剂模型，式(19)～(22)：
Figure BDA0002787702300000154
Figure BDA0002787702300000155
Figure BDA0002787702300000156
Figure BDA0002787702300000157
式中，ρCL,PS是冷段一回路冷却剂密度，kg/m3；WCL,PS是冷段一回路冷却剂的流速，m/s；CP,CL,PS是冷段一回路冷却剂定压比热容，kJ/(kg·K)；TCL,PS是冷段一回路冷却剂温度，K；TCL,MT是冷段倒U型管金属壁温度，K；KCL,PS是冷段一回路冷却剂通过倒U型管金属壁向二回路工质传热的传热系数，kW/(m2·K)；dCL,MT是冷段倒U型管内径，m；PCL,PS是冷段一回路冷却剂压力，MPa。
通过对冷段一回路冷却剂模型求解，得到冷段倒U型管金属壁的温度分布。
步骤六、考虑热段上升通道工质重力压降、摩擦压降和加速压降，根据动量、质量和能量守恒关系，求解热段上升通道模型，式(23)～(30)：
Figure BDA0002787702300000158
Figure BDA0002787702300000159
Figure BDA0002787702300000161
Figure BDA0002787702300000162
Figure BDA0002787702300000163
Figure BDA0002787702300000164
Figure BDA0002787702300000165
Figure BDA0002787702300000166
式中，ρHL,RC是热段上升通道工质密度，kg/m3；WHL,RC是热段上升通道工质的流速，m/s；ρHL,MT是热段倒U型管金属壁密度，kg/m3；CP,HL,MT是热段倒U型管金属壁的定压比热容，kJ/(kg·K)；THL,MT是热段倒U型管金属壁温度，K；n是倒U型管根数；KHL,RC,PR是热段上升通道预热区二回路工质与倒U型管金属壁间传热系数，kW/(m2·K)；dHL,MT是热段倒U型管内径，m；THL,RC，PR是热段上升通道预热区液相工质温度，K；ρHL,RC，PR是热段上升通道预热区液相工质密度，kg/m3；CP,HL,RC,PR是热段上升通道预热区液相工质定压比热容，kJ/(kg·K)；WHL,RC，PR是热段上升通道预热区液相工质的流速，m/s；KHL,RC,BR是热段上升通道沸腾区二回路工质与倒U型管金属壁间传热系数，kW/(m2·K)；THL,RC，BR是热段上升通道沸腾区气液混合相工质温度，K；ρHL,RC，BR是热段上升通道沸腾区气液混合相工质密度，kg/m3；CP,HL,RC,BR是热段上升通道沸腾区气液混合相工质定压比热容，kJ/(kg·K)；WHL,RC，BR是热段上升通道沸腾区气液混合相工质的流速，m/s；PHL,RC,PR是热段上升通道预热区液相工质压力，MPa；GHL,RC,PR是热段上升通道预热区液相工质质量流量，kg/s；fHL,RC,PR是热段上升通道预热区摩擦因子；De,HL,RC,PR是热段上升通道预热区当量直径，m；ξHL,RC,PR是热段上升通道预热区局部阻力系数；PHL,RC,BR是热段上升通道沸腾区气液混合相工质压力，MPa；GHL,RC,BR是热段上升通道沸腾区气液混合相工质质量流量，kg/s；fHL,RC,BR是热段上升通道沸腾区摩擦因子；De,HL,RC,BR是热段上升通道沸腾区当量直径，m；φ是两相倍乘因子；ξHL,RC,BR是热段上升通道沸腾区局部阻力系数；x是质量气含率，％；ρw是上升通道液相工质密度，kg/m3；ρs是上升通道饱和蒸汽密度，kg/m3；μw是上升通道液相工质粘性系数；μs是上升通道饱和蒸汽粘性系数；
通过对热段上升通道模型求解，得到热段当前时刻沿倒U型管高度的二回路工质的流速、温度、压力以及传热系数分布。
求解冷段上升通道模型，式(31)～(37)：
Figure BDA0002787702300000171
Figure BDA0002787702300000172
Figure BDA0002787702300000173
Figure BDA0002787702300000174
Figure BDA0002787702300000175
Figure BDA0002787702300000176
Figure BDA0002787702300000177
式中，ρCL,RC是冷段上升通道工质密度，kg/m3；WCL,RC是冷段上升通道工质的流速，m/s；ρCL,MT是冷段倒U型管金属壁密度，kg/m3；CP,CL,MT是冷段倒U型管金属壁的定压比热容，kJ/(kg·K)；TCL,MT是冷段倒U型管金属壁温度，K；KCL,RC,PR是冷段上升通道预热区二回路工质与倒U型管金属壁间传热系数，kW/(m2·K)；dCL,MT是冷段倒U型管内径，m；TCL,RC，PR是冷段上升通道预热区液相工质温度，K；ρCL,RC，PR是冷段上升通道预热区液相工质密度，kg/m3；CP,CL,RC,PR是冷段上升通道预热区液相工质定压比热容，kJ/(kg·K)；WCL,RC,PR是冷段上升通道预热区液相工质的流速，m/s；KCL,RC,BR是冷段上升通道沸腾区二回路工质与倒U型管金属壁间传热系数，kW/(m2·K)；TCL,RC,BR是冷段上升通道沸腾区气液混合相工质温度，K；ρCL,RC,BR是冷段上升通道沸腾区气液混合相工质密度，kg/m3；CP,CL,RC,BR是冷段上升通道沸腾区气液混合相工质定压比热容，kJ/(kg·K)；WCL,RC,BR是冷段上升通道沸腾区气液混合相工质的流速，m/s；PCL,RC,PR是冷段上升通道预热区液相工质压力，MPa；GCL,RC,PR是冷段上升通道预热区液相工质质量流量，kg/s；fCL,RC,PR是冷段上升通道预热区摩擦因子；De,CL,RC,PR是冷段上升通道预热区当量直径，m；ξCL,RC,PR是冷段上升通道预热区局部阻力系数；PCL,RC,BR是冷段上升通道沸腾区气液混合相工质压力，MPa；GCL,RC,BR是冷段上升通道沸腾区气液混合相工质质量流量，kg/s；fCL,RC,BR是冷段上升通道沸腾区摩擦因子；De,CL,RC,BR是冷段上升通道沸腾区当量直径，m；ξCL,RC,BR是冷段上升通道沸腾区局部阻力系数；
通过对冷段上升通道模型求解，得到冷段当前时刻沿倒U型管高度的二回路工质的流速、温度、压力以及传热系数分布。
进一步，计算当前时刻沿倒U型管高度的气含率分布：
Figure BDA0002787702300000181
式中，hBR是沸腾区气液混合相工质比焓，kJ/kg；hss是沸腾区饱和蒸汽比焓，kJ/kg；hsw是沸腾区饱和水比焓，kJ/kg；xBR是沸腾区工质质量气含率，％。hBR,hsw和hsw可根据沸腾区气液混合相工质温度和压力通过工质物性参数数据库计算得到。计算得到热段上升通道沸腾区出口气液混合相工质质量气含率xHL,RC,BR,out和冷段上升通道沸腾区出口气液混合相工质质量气含率xCL,RC,BR,out。
步骤七，求解汽水分离器模型，式(39)～(46)：
Gss,SP,out＝(xHL,RC,BR,outGHL,RC,BR,out+xCL,RC,BR,outGCL,RC,BR,out)×η
(39)
Gsw,SP,out＝(1-xHL,RC,BR,out×η)GHL,RC,BR,out+(1-xCL,RC,BR,out×η)GCL,RC,BR,out (40)
Figure BDA0002787702300000191
GSP,in＝GHL,RC,BR,out+GCL,RC,BR,out (42)
PSP,in＝PHL,RC,BR,out＝PCL,RC,BR,out (43)
TSP,in＝THL,RC,BR,out＝TCL,RC,BR,out (44)
PSP,out＝Pss,SP,out＝Tsw,SP,out (45)
TSP,in＝Tss,SP,out＝Tsw,SP,out (46)
式中，Gss,SP,out是汽水分离器出口饱和蒸汽质量流量，kg/s；xHL,RC,BR,out是热段上升通道沸腾区出口气液混合相工质质量气含率，％；GHL,RC,BR,out是热段上升通道沸腾区出口气液混合相工质质量流量，kg/s；xCL,RC,BR,out是冷段上升通道沸腾区出口气液混合相工质质量气含率，％；GCL,RC,BR,out是冷段上升通道沸腾区出口气液混合相工质质量流量，kg/s；η是汽水分离器效率，％；Gsw,SP,out是汽水分离器出口饱和水质量流量，kg/s；PSP,out是汽水分离器出口工质压力，MPa；Pss,SP,out是汽水分离器出口饱和蒸汽压力，MPa；Psw,SP,out是汽水分离器出口饱和水压力，MPa；PSP,in是汽水分离器入口气液混合相工质压力，MPa；TSP,in是汽水分离器入口气液混合相工质温度，K；TCL,RC,BR,out是冷段上升通道沸腾区出口气液混合相工质温度，K；THL,RC,BR,out是热段上升通道沸腾区出口气液混合相工质温度，K；ξSP是汽水分离器局部阻力系数；GSP,in是汽水分离器入口气液混合相工质质量流量，kg/s；ρSP,in是汽水分离器入口气液混合相工质密度，kg/m3；PHL,RC,BR,out是热段上升通道沸腾区出口气液混合相工质压力，MPa；PCL,RC,BR,out是冷段上升通道沸腾区出口气液混合相工质压力，MPa；Tss,SP,out是汽水分离器出口饱和蒸汽温度，K；Tsw,SP,out是汽水分离器出口饱和水温度，K；ρHL,RC,BR,out是热段上升通道沸腾区出口气液混合相工质密度，kg/m3；ρCL,RC,BR,out是冷段上升通道沸腾区出口气液混合相工质密度，kg/m3。
通过对汽水分离器模型求解，得到汽水分离器出口饱和水以及饱和蒸汽的温度、压力、质量流量。汽水分离器出口液相工质即为下降通道入口再循环水。
利用算得的汽水分离器出口液相工质参数重新计算上述模型若干次，得到最终的蒸汽发生器倒U型管金属壁温度分布估计值。即将饱和水参数代回至式(2)～(4)，通过迭代式(2)～(46)若干次，得到最终的蒸汽发生器倒U型管金属壁温度分布估计。
本实施例提供的核电蒸汽发生器倒U型管金属壁温度分布实时估计方法，如图3所示，在一仿真实验中，获取实施例核电站机组2019年8月12日不同负荷下的蒸汽发生器DCS实测数据。图4是热段倒U型管金属壁温度分布估计结果，图5是冷段倒U型管金属壁温度分布估计结果。由图4和图5可知，倒U型管金属壁温度与核电站机组负荷无明显线性关系。
本发明上述实施例提供的核电蒸汽发生器倒U型管金属壁温度分布实时估计方法及，获取给定时刻下蒸汽发生器的实时测量数据；将蒸汽发生器划分为热段、冷段和汽水分离器，其中热段和冷段又划分为下降通道和上升通道：下降通道是指蒸汽发生器外壳与内部套筒之间二回路工质流经的空间，上升通道是指内部套筒与倒U型管管壁之间二回路工质流经的空间；求解下降通道模型得到当前时刻下降通道底部出口二回路工质的比焓、流量、温度、压力以及密度；求解上升通道模型得到当前时刻沿倒U型管高度的二回路工质的比焓、流量、温度、压力以及密度分布；求解汽水分离器模型计算得到汽水分离器出口工质温度、压力和流量；可描述蒸汽发生器内部二回路工质热工水力特性动态变化过程，并可进一步应用于虚假水位甄别和液位安全限控制策略的改进。本发明上述实施例提供的技术方案，实现了全工况蒸汽发生器倒U型管金属壁温度分布实时估计，为蒸汽发生器运行优化及监测提供支撑条件，有助于提高核电站运行的安全性与经济性。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (9)

1.一种蒸汽发生器倒U型管金属壁温度分布估计方法，其特征在于，包括：
获取给定时刻下蒸汽发生器的实时运行数据；
将蒸汽发生器划分为热段、冷段和汽水分离器，其中热段和冷段又分别划分为下降通道和上升通道：下降通道是指外壳与内部套筒之间工质流经的空间，工质向下流动；上升通道是指内部套筒与倒U型管金属壁之间工质流经的空间，工质向上流动；
利用获取的蒸汽发生器的实时运行数据，建立下降通道模型，采用差分解法求解下降通道模型，得到当前时刻下降通道底部出口液相工质的温度、压力及质量流量；
利用获取的蒸汽发生器的实时运行数据，建立一回路冷却剂模型，采用差分解法求解一回路冷却剂模型，得到倒U型管金属壁的温度分布；
利用获取的蒸汽发生器的实时运行数据以及得到的下降通道底部出口液相工质的流量、温度、压力，采用差分解法求解上升通道模型，得到当前时刻沿倒U型管高度的二回路工质的流速、温度以及压力分布；
利用获取的蒸汽发生器的实时运行数据以及解算上升通道模型得到的上升通道顶部出口气液混合物工质的流速、温度以及压力，建立汽水分离器模型，采用差分解法求解汽水分离器模型，得到汽水分离器出口气相工质、液相工质的温度、压力和质量流量；汽水分离器出口液相工质就是下降通道模型入口再循环水；
利用计算得到的汽水分离器出口液相工质参数重新计算上述的下降通道模型、一回路冷却剂模型、上升通道模型以及汽水分离器模型，重复计算至模型收敛，得到蒸汽发生器倒U型管金属壁的温度分布。
2.根据权利要求1所述的蒸汽发生器倒U型管金属壁温度分布估计方法，其特征在于，所述给定时刻下蒸汽发生器的实时运行数据，包括：
-机组负荷；
-给水温度、压力以及质量流量；
-饱和蒸汽温度、压力以及质量流量；
-一回路冷却剂进出口温度、压力以及质量流量；
-水位高度。
3.根据权利要求1所述的蒸汽发生器倒U型管金属壁温度分布估计方法，其特征在于，在所述上升通道中，根据二回路工质状态将上升通道划分为预热区和沸腾区；其中，预热区和沸腾区分界面的划分依据为：
hRC(t,z)＝hsw(t,z) (1)
式中，hRC(t,z)是上升通道在当前时刻t下高度为z的二回路工质的比焓；hsw(t,z)是在当前时刻t下高度为z的二回路工质饱和状态的比焓。
4.根据权利要求1所述的蒸汽发生器倒U型管金属壁温度分布估计方法，其特征在于，所述下降通道入口液相工质中，占比
Figure FDA0002787702290000021
的给水流入热段，占比
Figure FDA0002787702290000022
Figure FDA0002787702290000023
的给水流入冷段，占比
Figure FDA0002787702290000024
的再循环水流入热段，占比
Figure FDA0002787702290000025
的再循环水流入冷段；根据动量、质量和能量守恒关系，分别建立蒸汽发生器热段下降通道模型和冷段下降通道模型，其中：
建立的热段下降通道模型为式(2)～(4)所示：
Figure FDA0002787702290000026
Figure FDA0002787702290000027
Figure FDA0002787702290000028
式中，MHL,DC是热段下降通道液相工质质量；ρHL,DC是热段下降通道底部出口液相工质密度；AHL,DC是热段下降通道的横截面积；H是下降通道的水位高度；Gfw是给水质量流量；Grw是再循环水质量流量；GHL,DC,out是热段下降通道底部出口液相工质质量流量；CP,HL,DC是热段下降通道液相工质的定压比热容；THL,DC是热段下降通道底部出口液相工质温度；hHL,DC是热段下降通道液相工质比焓，可根据热段下降通道液相工质温度和压力通过工质物性参数数据库计算得到；hfw是给水比焓，可根据给水温度和压力通过工质物性参数数据库计算得到；hrw是再循环水比焓，可根据再循环水温度和压力通过工质物性参数数据库计算得到；hHL,DC,out是热段下降通道底部出口液相工质比焓，可根据热段下降通道底部出口液相工质温度和压力通过工质物性参数数据库计算得到；PHL,DC热段下降通道底部出口液相工质压力；GHL,DC是热段下降通道液相工质质量流量；fHL,DC是热段下降通道摩擦因子；De,HL,DC是热段下降通道当量直径；g是重力加速度；
通过对热段下降通道模型求解，得到当前时刻热段下降通道底部出口液相工质的温度、压力以及质量流量；
进一步，建立冷段下降通道模型为式(5)～(7)：
Figure FDA0002787702290000031
Figure FDA0002787702290000032
Figure FDA0002787702290000033
式中，MCL,DC是冷段下降通道液相工质质量；ρCL,DC是冷段下降通道液相工质密度；ACL,DC是冷段下降通道的横截面积；GCL,DC,out是冷段下降通道底部出口液相工质质量流量；CP,CL,DC是冷段下降通道液相工质的定压比热容；TCL,DC是冷段下降通道液相工质温度；hCL,DC是冷段下降通道液相工质比焓，可根据冷段下降通道液相工质温度和压力通过工质物性参数数据库计算得到；hCL,DC,out是冷段下降通道底部出口液相工质比焓，可根据冷段下降通道底部出口液相工质温度和压力通过工质物性参数数据库计算得到；PCL,DC冷段下降通道液相工质压力；GCL,DC是冷段下降通道液相工质质量流量；fCL,DC是冷段下降通道摩擦因子；De,CL,DC是冷段下降通道当量直径；
通过对冷段下降通道模型求解，得到当前时刻冷段下降通道底部出口液相工质的温度、压力以及质量流量。
5.根据权利要求1所述的蒸汽发生器倒U型管金属壁温度分布估计方法，其特征在于，热段和冷段一回路冷却剂与倒U型管金属壁之间传热系数KHL,PS和KCL,PS以及热段和冷段预热区倒U型管金属壁与二回路工质之间的传热系数KHL,RC,PR和KCL,RC,PR，上述4个参数简记为K，均分别采用迪图斯-贝尔特公式计算：
K＝0.023Rew 0.8Prw 0.3λw/dHL,MT (8)
式中，Rew是对应的热段或冷段一回路或二回路工质雷诺数；Prw是对应的热段或冷段一回路或二回路工质普朗特数；λw是对应的热段或冷段一回路或二回路工质热导率；dHL,MT是倒U型管内径；
将热段和冷段沸腾区倒U型管金属壁与二回路工质之间的传热系数KHL,RC,BR和KCL,RC,BR简记为K*，两参数均分别采用式(9)～(14)计算：
K*＝Kcht+Kbht (9)
Figure FDA0002787702290000041
Figure FDA0002787702290000042
Figure FDA0002787702290000043
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式中，Kcht、Kbht分别是对流传热部分的传热系数和泡核沸腾传热部分的传热系数；CP,w是工质定压比热容；hfs是沸腾区液相工质汽化潜热；σ沸腾区液相工质表面张力系数；△TMT是沸腾区倒U型管金属壁过热度；△PMT是沸腾区饱和蒸汽压差；x是质量气含率；ρw是上升通道液相工质密度；ρs是上升通道饱和蒸汽密度；μw是上升通道液相工质粘性系数；μs是上升通道饱和蒸汽粘性系数；dHL,MT是热段倒U型管内径；G是工质质量流量；Xtt和S是中间变量。
6.根据权利要求1所述的蒸汽发生器倒U型管金属壁温度分布估计方法，其特征在于，考虑热段一回路冷却剂重力压降，根据动量、质量和能量守恒关系，建立热段一回路冷却剂模型为式(15)～(18)：
Figure FDA0002787702290000046
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Figure FDA0002787702290000048
Figure FDA0002787702290000051
式中，ρHL,PS是热段一回路冷却剂密度；WHL,PS是热段一回路冷却剂的流速；CP,HL,PS是热段一回路冷却剂定压比热容；THL,PS是热段一回路冷却剂温度；THL,MT是热段倒U型管金属壁温度；KHL,PS是热段一回路冷却剂通过倒U型管金属壁向二回路工质传热的传热系数；dHL,MT是热段倒U型管内径；PHL,PS是热段一回路冷却剂压力；
通过对热段一回路冷却剂模型求解，得到热段倒U型管金属壁的温度分布；
建立冷段一回路冷却剂模型为式(19)～(22)：
Figure FDA0002787702290000052
Figure FDA0002787702290000053
Figure FDA0002787702290000054
Figure FDA0002787702290000055
式中，ρCL,PS是冷段一回路冷却剂密度；WCL,PS是冷段一回路冷却剂的流速；CP,CL,PS是冷段一回路冷却剂定压比热容；TCL,PS是冷段一回路冷却剂温度；TCL,MT是冷段倒U型管金属壁温度；KCL,PS是冷段一回路冷却剂通过倒U型管金属壁向二回路工质传热的传热系数；dCL,MT是冷段倒U型管内径；PCL,PS是冷段一回路冷却剂压力；
通过对冷段一回路冷却剂模型求解，得到冷段倒U型管金属壁的温度分布。
7.根据权利要求1所述的蒸汽发生器倒U型管金属壁温度分布估计方法，其特征在于，考虑热段上升通道工质重力压降、摩擦压降和加速压降，根据动量、质量和能量守恒关系，建立热段上升通道模型为式(23)～(30)：
Figure FDA0002787702290000056
Figure FDA0002787702290000057
Figure FDA0002787702290000058
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Figure FDA0002787702290000064
Figure FDA0002787702290000065
式中，ρHL,RC是热段上升通道工质密度；WHL,RC是热段上升通道工质的流速；ρHL,MT是热段倒U型管金属壁密度；CP,HL,MT是热段倒U型管金属壁的定压比热容；THL,MT是热段倒U型管金属壁温度；n是倒U型管根数；KHL,RC,PR是热段上升通道预热区二回路工质与倒U型管金属壁间传热系数；dHL,MT是热段倒U型管内径；THL,RC,PR是热段上升通道预热区液相工质温度；ρHL,RC,PR是热段上升通道预热区液相工质密度；CP,HL,RC,PR是热段上升通道预热区液相工质定压比热容；WHL,RC,PR是热段上升通道预热区液相工质的流速；KHL,RC,BR是热段上升通道沸腾区二回路工质与倒U型管金属壁间传热系数；THL,RC,BR是热段上升通道沸腾区气液混合相工质温度；ρHL,RC,BR是热段上升通道沸腾区气液混合相工质密度；CP,HL,RC,BR是热段上升通道沸腾区气液混合相工质定压比热容；WHL,RC,BR是热段上升通道沸腾区气液混合相工质的流速；PHL,RC,PR是热段上升通道预热区液相工质压力；GHL,RC,PR是热段上升通道预热区液相工质质量流量；fHL,RC,PR是热段上升通道预热区摩擦因子；De,HL,RC,PR是热段上升通道预热区当量直径；ξHL,RC,PR是热段上升通道预热区局部阻力系数；PHL,RC,BR是热段上升通道沸腾区气液混合相工质压力；GHL,RC,BR是热段上升通道沸腾区气液混合相工质质量流量；fHL,RC,BR是热段上升通道沸腾区摩擦因子；De,HL,RC,BR是热段上升通道沸腾区当量直径；φ是两相倍乘因子；ξHL,RC,BR是热段上升通道沸腾区局部阻力系数；x是质量气含率；ρw是上升通道液相工质密度；ρs是上升通道饱和蒸汽密度；μw是上升通道液相工质粘性系数；μs是上升通道饱和蒸汽粘性系数；
通过对热段上升通道模型求解，得到热段当前时刻沿倒U型管高度的二回路工质的流速、温度、压力以及传热系数分布；
建立冷段上升通道模型为式(31)～(37)：
Figure FDA0002787702290000071
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Figure FDA0002787702290000077
式中，ρCL,RC是冷段上升通道工质密度；WCL,RC是冷段上升通道工质的流速；ρCL,MT是冷段倒U型管金属壁密度；CP,CL,MT是冷段倒U型管金属壁的定压比热容；TCL,MT是冷段倒U型管金属壁温度；KCL,RC,PR是冷段上升通道预热区二回路工质与倒U型管金属壁间传热系数；dCL,MT是冷段倒U型管内径；TCL,RC,PR是冷段上升通道预热区液相工质温度；ρCL,RC,PR是冷段上升通道预热区液相工质密度；CP,CL,RC,PR是冷段上升通道预热区液相工质定压比热容；WCL,RC,PR是冷段上升通道预热区液相工质的流速；KCL,RC,BR是冷段上升通道沸腾区二回路工质与倒U型管金属壁间传热系数；TCL,RC,BR是冷段上升通道沸腾区气液混合相工质温度；ρCL,RC,BR是冷段上升通道沸腾区气液混合相工质密度；CP,CL,RC,BR是冷段上升通道沸腾区气液混合相工质定压比热容；WCL,RC,BR是冷段上升通道沸腾区气液混合相工质的流速；PCL,RC,PR是冷段上升通道预热区液相工质压力；GCL,RC,PR是冷段上升通道预热区液相工质质量流量；fCL,RC,PR是冷段上升通道预热区摩擦因子；De,CL,RC,PR是冷段上升通道预热区当量直径；ξCL,RC,PR是冷段上升通道预热区局部阻力系数；PCL,RC,BR是冷段上升通道沸腾区气液混合相工质压力；GCL,RC,BR是冷段上升通道沸腾区气液混合相工质质量流量；fCL,RC,BR是冷段上升通道沸腾区摩擦因子；De,CL,RC,BR是冷段上升通道沸腾区当量直径；ξCL,RC,BR是冷段上升通道沸腾区局部阻力系数；
通过对冷段上升通道模型求解，得到冷段当前时刻沿倒U型管高度的二回路工质的流速、温度、压力以及传热系数分布。
8.根据权利要求1所述的蒸汽发生器倒U型管金属壁温度分布估计方法，其特征在于，计算当前时刻沿倒U型管高度的气含率分布：
Figure FDA0002787702290000081
式中，hBR是沸腾区气液混合相工质比焓；hss是沸腾区饱和蒸汽比焓；hsw是沸腾区饱和水比焓；xBR是沸腾区工质质量气含率；hBR,hsw和hsw可根据沸腾区气液混合相工质温度和压力通过工质物性参数数据库计算得到；
计算得到热段上升通道沸腾区出口气液混合相工质质量气含率xHL,RC,BR,out和冷段上升通道沸腾区出口气液混合相工质质量气含率xCL,RC,BR,out。
9.根据权利要求1所述的蒸汽发生器倒U型管金属壁温度分布估计方法，其特征在于，所述汽水分离器模型为式(39)～(46)：
Gss,SP,out＝(xHL,RC,BR,outGHL,RC,BR,out+xCL,RC,BR,outGCL,RC,BR,out)×η (39)
Gsw,SP,out＝(1-xHL,RC,BR,out×η)GHL,RC,BR,out+(1-xCL,RC,BR,out×η)GCL,RC,BR,out (40)
Figure FDA0002787702290000082
GSP,in＝GHL,RC,BR,out+GCL,RC,BR,out (42)
PSP,in＝PHL,RC,BR,out＝PCL,RC,BR,out (43)
TSP,in＝THL,RC,BR,out＝TCL,RC,BR,out (44)
PSP,out＝Pss,SP,out＝Tsw,SP,out (45)
TSP,in＝Tss,SP,out＝Tsw,SP,out (46)
式中，Gss,SP,out是汽水分离器出口饱和蒸汽质量流量；xHL,RC,BR,out是热段上升通道沸腾区出口气液混合相工质质量气含率；GHL,RC,BR,out是热段上升通道沸腾区出口气液混合相工质质量流量；xCL,RC,BR,out是冷段上升通道沸腾区出口气液混合相工质质量气含率；GCL,RC,BR,out是冷段上升通道沸腾区出口气液混合相工质质量流量；η是汽水分离器效率；Gsw,SP,out是汽水分离器出口饱和水质量流量；PSP,out是汽水分离器出口工质压力；Pss,SP,out是汽水分离器出口饱和蒸汽压力；Psw,SP,out是汽水分离器出口饱和水压力；PSP,in是汽水分离器入口气液混合相工质压力；TSP,in是汽水分离器入口气液混合相工质温度；TCL,RC,BR,out是冷段上升通道沸腾区出口气液混合相工质温度；THL,RC,BR,out是热段上升通道沸腾区出口气液混合相工质温度；ξSP是汽水分离器局部阻力系数；GSP,in是汽水分离器入口气液混合相工质质量流量；ρSP,in是汽水分离器入口气液混合相工质密度；PHL,RC,BR,out是热段上升通道沸腾区出口气液混合相工质压力；PCL,RC,BR,out是冷段上升通道沸腾区出口气液混合相工质压力；Tss,SP,out是汽水分离器出口饱和蒸汽温度；Tsw,SP,out是汽水分离器出口饱和水温度；ρHL,RC,BR,out是热段上升通道沸腾区出口气液混合相工质密度；ρCL,RC,BR,out是冷段上升通道沸腾区出口气液混合相工质密度；
通过对汽水分离器模型求解，得到汽水分离器出口饱和水以及饱和蒸汽的温度、压力、质量流量；此处汽水分离器出口饱和水即为再循环水。
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