CN112417681B - 一种蒸汽发生器一二次侧对流换热系数分布的估计方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种蒸汽发生器一二次侧对流换热系数分布的估计方法，具体包括：获取给定时刻下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流量、温度及压力；建立一回路冷却剂模型，得到当前时刻沿倒U型管高度的一回路冷却剂的流速、温度、压力分布以及一次侧对流换热系数分布；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、压力分布以及二次侧对流换热系数分布；建立汽水分离器模型，计算得到汽水分离器出口气相工质、液相工质的温度、压力和质量流量。本发明能实现蒸汽发生器一二次侧对流换热系数分布的实时估计。

Description

一种蒸汽发生器一二次侧对流换热系数分布的估计方法

技术领域

本发明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对流换热系数分布实时估计(辨识)方法，属于核电站运行优化控制技术领域。

背景技术

在核电站中，反应堆出来的高温高压冷却剂首先进入蒸汽发生器的进口腔，然后流入倒U形管，将热量通过倒U型管金属管壁传递给二次侧流体后流出U型管，由出口腔流出。在二次侧，给水与一二级汽水分离器分离出来的再循环流体混合后形成混合水，流入蒸汽发生器下降通道，在底部经套筒缺口进入传热管束，然后向上流动进入热交换区域，冲刷倒U型管壁，吸收一次侧冷却剂热量，在沸腾段发生相变饱和并沸腾，产生的汽水混合流向上流经一二级汽水分离器。从分离器分离出来的饱和蒸汽进入蒸汽腔室，然后输出到汽轮机/发电机组做功。

蒸汽发生器结构复杂，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，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的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CN201510212481.7，授权公告日为2015年08月12日的中国发明专利“一种直管式直流蒸汽发生器换热性能的仿真方法”，提出了一种基于传热分区的直流蒸汽发生器一维均相流数学模型，采用适当的判别条件对二次侧换热过程进行划分，在此基础上自主开发了基于MATLAB软件的直流蒸汽发生器换热仿真程序，进行直流蒸汽发生器在不同工况下稳态换热性能的仿真。该专利主要贡献在于提出了一种蒸汽发生器均相流稳态数学模型，但不能动态的实时输出蒸汽发生器沿倒U型管高度的、一二次侧对流换热系数分布。

综上，现有公开报道均未涉及核电蒸汽发生器沿倒U型管高度的、一二次侧对流换热系数分布实时估计问题，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沿倒U型管高度的、一二次侧对流换热系数分布实时估计方法。

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一二次侧对流换热系数分布的估计方法，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，采用龙格库塔法解算下降通道模型，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，采用龙格库塔法解算一回路冷却剂模型，得到当前时刻沿倒U型管高度的一回路工质的流速、温度以及压力分布，进而采用迪图斯-贝尔特公式计算当前时刻沿倒U型管高度的一次侧对流换热系数分布；

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，采用龙格库塔法解算上升通道模型，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，进而计算当前时刻沿倒U型管高度的二次侧对流换热系数分布，其中单相工质预热段采用采用迪图斯-贝尔特公式计算对流传热系数，气液两相工质沸腾段采用Chen公式计算；所述当前时刻沿倒U型管高度的二回路工质的流速、温度以及压力分布包括上升通道顶部出口气液混合物工质的流速、温度以及压力；

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，采用龙格库塔法解算汽水分离器模型，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，实现蒸汽发生器一二次侧对流换热系数分布的估计。

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：

h_RC(t,z)＝h_sw(t,z) (1)

式中，h_RC(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；h_sw(t,z)是当前时刻t和高度z的二回路工质饱和状态比焓。

优选地，所述下降通道入口液相工质中，占比

的给水流入热段，占比

的给水流入冷段，占比

的再循环水流入热段，占比

的再循环水流入冷段；，

的取值范围为：70～90；

的取值范围为：40～60。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)：

式中，M_HL,DC是热段下降通道液相工质质量；ρ_HL,DC是热段下降通道底部出口液相工质密度；A_HL,DC是热段下降通道的横截面积；H是下降通道的水位高度；G_fw是给水质量流量；G_rw是再循环水质量流量；G_HL,DC,out是热段下降通道底部出口液相工质质量流量；C_P,HL,DC是热段下降通道液相工质的定压比热容；T_HL,DC是热段下降通道底部出口液相工质温度；h_HL,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；h_fw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；h_rw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；h_HL,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；P_HL,DC热段下降通道底部出口液相工质压力；G_HL,DC是热段下降通道液相工质质量流量；f_HL,DC是热段下降通道摩擦因子；D_e,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)：

式中，M_CL,DC是冷段下降通道液相工质质量；ρ_CL,DC是冷段下降通道液相工质密度；A_CL,DC是冷段下降通道的横截面积；G_CL,DC,out是冷段下降通道底部出口液相工质质量流量；C_P,CL,DC是冷段下降通道液相工质的定压比热容；T_CL,DC是冷段下降通道液相工质温度；h_CL,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；h_CL,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；P_CL,DC冷段下降通道液相工质压力；G_CL,DC是冷段下降通道液相工质质量流量；f_CL,DC是冷段下降通道摩擦因子；D_e,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型管金属壁之间对流换热系数K_HL,PS和K_CL,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对流换热系数K_HL,RC,PR和K_CL,RC,PR，采用迪图斯-贝尔公式计算：

K＝0.023Re_w ^0.8Pr_w ^0.3λ_w/d_HL,MT (8)

式中，Re_w是对应的热段或冷段一回路或二回路工质雷诺数；Pr_w是对应的热段或冷段一回路或二回路工质普朗特数；λ_w是对应的热段或冷段一回路或二回路工质热导率；d_HL,MT是倒U型管内径；

对热段和冷段沸腾区倒U型管金属壁与二回路工质之间的对流换热系数K_*,RC,BR采用式(9)～(14)Chen公式计算，其中，在热段的K_*,RC,BR用K_HL,RC,BR替换，在冷段的K_*,RC,BR用K_CL,RC,BR替换：

K_*,RC,BR＝K_cht+K_bht (9)

式中，K_cht、K_bht分别是对流传热部分的对流换热系数和泡核沸腾传热部分的对流换热系数；C_P,w是工质定压比热容；h_fs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；△T_MT是沸腾区倒U型管金属壁过热度；△P_MT是沸腾区饱和蒸汽压差；x是质量气含率；ρ_w是上升通道液相工质密度；ρ_s是上升通道饱和蒸汽密度；μ_w是上升通道液相工质粘性系数；μ_s是上升通道饱和蒸汽粘性系数；d_HL,MT是热段倒U型管内径，G是工质质量流量；X_tt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)：

式中，ρ_HL,PS是热段一回路冷却剂密度；W_HL,PS是热段一回路冷却剂的流速；C_P,HL,PS是热段一回路冷却剂定压比热容；T_HL,PS是热段一回路冷却剂温度；K_HL,PS是热段一回路冷却剂与倒U型管金属壁间对流换热系数；d_HL,MT是热段倒U型管内径；P_HL,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，得到热段工质温度、压力、质量流量以及热段一次侧与倒U型管壁之间对流换热系数。

建立冷段一回路冷却剂模型为式(19)～(22)：

式中，ρ_CL,PS是冷段一回路冷却剂密度；W_CL,PS是冷段一回路冷却剂的流速；C_P,CL,PS是冷段一回路冷却剂定压比热容；T_CL,PS是冷段一回路冷却剂温度；K_CL,PS是冷段一回路冷却剂与倒U型管金属壁间对流换热系数；d_CL,MT是冷段倒U型管内径；P_CL,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，得到冷段工质温度、压力、质量流量以及热段一次侧与倒U型管壁之间对流换热系数。

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)：

式中，ρ_HL,RC是热段上升通道工质密度；W_HL,RC是热段上升通道工质的流速；ρ_HL,MT是热段倒U型管金属壁密度；C_P,HL,MT是热段倒U型管金属壁的定压比热容；T_HL,MT是热段倒U型管金属壁温度；n是倒U型管根数；K_HL,RC,PR是热段上升通道预热区二回路工质与倒U型管金属壁间对流换热系数；d_HL,MT是热段倒U型管内径；T_HL,RC，PR是热段上升通道预热区液相工质温度；ρ_HL,RC，PR是热段上升通道预热区液相工质密度；C_P,HL,RC,PR是热段上升通道预热区液相工质定压比热容；W_HL,RC，PR是热段上升通道预热区液相工质的流速；K_HL,RC,BR是热段上升通道沸腾区二回路工质与倒U型管金属壁间对流换热系数；T_HL,RC，BR是热段上升通道沸腾区气液混合相工质温度；ρ_HL,RC，BR是热段上升通道沸腾区气液混合相工质密度；C_P,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；W_HL,RC，BR是热段上升通道沸腾区气液混合相工质的流速；P_HL,RC,PR是热段上升通道预热区液相工质压力a；G_HL,RC,PR是热段上升通道预热区液相工质质量流量；f_HL,RC,PR是热段上升通道预热区摩擦因子；D_e,HL,RC,PR是热段上升通道预热区当量直径；ξ_HL,RC,PR是热段上升通道预热区局部阻力系数；P_HL,RC,BR是热段上升通道沸腾区气液混合相工质压力；G_HL,RC,BR是热段上升通道沸腾区气液混合相工质质量流量；f_HL,RC,BR是热段上升通道沸腾区摩擦因子；D_e,_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；ξ_HL,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；ρ_w是上升通道液相工质密度；ρ_s是上升通道饱和蒸汽密度；μ_w是上升通道液相工质粘性系数；μ_s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、压力以及热段二次侧与倒U型管壁对流换热系数分布。

建立冷段上升通道模型为式(31)～(37)：

式中，ρ_CL,RC是冷段上升通道工质密度；W_CL,RC是冷段上升通道工质的流速；ρ_CL,MT是冷段倒U型管金属壁密度；C_P,CL,MT是冷段倒U型管金属壁的定压比热容；T_CL,MT是冷段倒U型管金属壁温度；K_CL,RC,PR是冷段上升通道预热区二回路工质与倒U型管金属壁间对流换热系数；d_CL,MT是冷段倒U型管内径；T_CL,RC，PR是冷段上升通道预热区液相工质温度；ρ_CL,RC，PR是冷段上升通道预热区液相工质密度；C_P,CL,RC,PR是冷段上升通道预热区液相工质定压比热容；W_CL,RC,PR是冷段上升通道预热区液相工质的流速；K_CL,RC,BR是冷段上升通道沸腾区二回路工质与倒U型管金属壁间对流换热系数；T_CL,RC,BR是冷段上升通道沸腾区气液混合相工质温度；ρ_CL,RC,BR是冷段上升通道沸腾区气液混合相工质密度；C_P,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；W_CL,RC,BR是冷段上升通道沸腾区气液混合相工质的流速；P_CL,RC,PR是冷段上升通道预热区液相工质压力a；G_CL,RC,PR是冷段上升通道预热区液相工质质量流量；f_CL,RC,PR是冷段上升通道预热区摩擦因子；D_e,CL,RC,PR是冷段上升通道预热区当量直径；ξ_CL,RC,PR是冷段上升通道预热区局部阻力系数；P_CL,RC,BR是冷段上升通道沸腾区气液混合相工质压力；G_CL,RC,BR是冷段上升通道沸腾区气液混合相工质质量流量；f_CL,RC,BR是冷段上升通道沸腾区摩擦因子；D_e,CL,RC,BR是冷段上升通道沸腾区当量直径；ξ_CL,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、压力以及冷段二次侧与倒U型管壁对流换热系数分布。

优选的，计算当前时刻沿倒U型管高度的气含率分布：

式中，h_BR是沸腾区气液混合相工质比焓；h_ss是沸腾区饱和蒸汽比焓；h_sw是沸腾区饱和水比焓；x_BR是沸腾区工质质量气含率。h_BR,h_sw和h_sw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)：

G_ss,SP,out＝(x_HL,RC,BR,outG_HL,RC,BR,out+x_CL,RC,BR,outG_CL,RC,BR,out)×η (39)

G_sw,SP,out＝(1-x_HL,RC,BR,out×η)G_HL,RC,BR,out+(1-x_CL,RC,BR,out×η)G_CL,RC,BR,out (40)

G_SP,in＝G_HL,RC,BR,out+G_CL,RC,BR,out (42)

P_SP,in＝P_HL,RC,BR,out＝P_CL,RC,BR,out (43)

T_SP,in＝T_HL,RC,BR,out＝T_CL,RC,BR,out (44)

P_SP,out＝P_ss,SP,out＝T_sw,SP,out (45)

T_SP,in＝T_ss,SP,out＝T_sw,SP,out (46)

式中，G_ss,SP,out是汽水分离器出口饱和蒸汽质量流量；x_HL,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；G_HL,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；x_CL,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；G_CL,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；G_sw,SP,out是汽水分离器出口饱和水质量流量；P_SP,out是汽水分离器出口工质压力；P_ss,SP,out是汽水分离器出口饱和蒸汽压力；P_sw,SP,out是汽水分离器出口饱和水压力；P_SP,in是汽水分离器入口气液混合相工质压力；T_SP,in是汽水分离器入口气液混合相工质温度；T_CL,RC,BR,out是冷段上升通道沸腾区出口气液混合相工质温度；T_HL,RC,BR,out是热段上升通道沸腾区出口气液混合相工质温度；ξ_SP是汽水分离器局部阻力系数；G_SP,in是汽水分离器入口气液混合相工质质量流量；ρ_SP,in是汽水分离器入口气液混合相工质密度；P_HL,RC,BR,out是热段上升通道沸腾区出口气液混合相工质压力；P_CL,RC,BR,out是冷段上升通道沸腾区出口气液混。

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：

本发明解决了核电蒸汽发生器沿倒U型管高度的、一二次侧对流换热系数分布实时估计的问题，填补了空白。

本发明实现了全工况蒸汽发生器一二次侧对流换热系数分布实时估计，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。

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一二次侧对流换热系数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一次侧与倒U型管壁之间对流换热系数分布计算结果；

图5为本发明一优选实施例中冷段一次侧与倒U型管壁之间对流换热系数分布计算结果。

图6为本发明一优选实施例中热段二次侧与倒U型管壁之间对流换热系数分布计算结果；

图7为本发明一优选实施例中冷段二次侧与倒U型管壁之间对流换热系数分布计算结果。

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一二次侧对流换热系数分布实时估计方法及系统，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测量数据实时计算一二次侧对流换热系数分布。

本实施例提供的核电蒸汽发生器一二次侧对流换热系数分布实时估计方法，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，建立一回路冷却剂模型，得到一回路冷却剂温度、压力、质量流量以及一次侧与倒U型管壁之间的对流换热系数分布；

步骤五，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，进而计算二次侧与倒U型管壁之间的对流换热系数分布；

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，实现核电蒸汽发生器一二次侧对流换热系数分布的实时估计。

下面结合附图，对本实施例提供的核电蒸汽发生器一二次侧对流换热系数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一二次侧对流换热系数分布实时估计。图1是实施例蒸汽发生器一二次侧对流换热系数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，输出热段和冷段与倒U型管壁之间对流换热系数分布。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：

h_RC(t,z)＝h_sw(t,z) (1)

式中，h_RC(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；h_sw(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)：

式中，M_HL,DC是热段下降通道液相工质质量，kg；ρ_HL,DC是热段下降通道底部出口液相工质密度，kg/m³；A_HL,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；G_fw是给水质量流量，kg/s；G_rw是再循环水质量流量，kg/s；G_HL,DC,out是热段下降通道底部出口液相工质质量流量，kg/s；C_P,HL,DC是热段下降通道液相工质的定压比热容，kJ/(kg·K)；T_HL,DC是热段下降通道底部出口液相工质温度，K；h_HL,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；h_fw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；h_rw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；h_HL,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；P_HL,DC热段下降通道底部出口液相工质压力，MPa；G_HL,DC是热段下降通道液相工质质量流量，kg/s；f_HL,DC是热段下降通道摩擦因子；D_e,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)：

式中，M_CL,DC是冷段下降通道液相工质质量，kg；ρ_CL,DC是冷段下降通道液相工质密度，kg/m³；A_CL,DC是冷段下降通道的横截面积，m²；G_CL,DC,out是冷段下降通道底部出口液相工质质量流量，kg/s；C_P,CL,DC是冷段下降通道液相工质的定压比热容，kJ/(kg·K)；T_CL,DC是冷段下降通道液相工质温度，K；h_CL,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；h_CL,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；P_CL,DC冷段下降通道液相工质压力，MPa；G_CL,DC是冷段下降通道液相工质质量流量，kg/s；f_CL,DC是冷段下降通道摩擦因子；D_e,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型管金属壁之间对流换热系数K_HL,PS和K_CL,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对流换热系数K_HL,RC,PR和K_CL,RC,PR，采用迪图斯-贝尔特公式计算：

K＝0.023Re_w ^0.8Pr_w ^0.3λ_w/d_HL,MT (8)

式中，Re_w是对应的热段或冷段一回路或二回路工质雷诺数；Pr_w是对应的热段或冷段一回路或二回路工质普朗特数；λ_w是对应的热段或冷段一回路或二回路工质热导率；d_HL,MT是倒U型管内径；

对热段和冷段沸腾区倒U型管金属壁与二回路工质之间的对流换热系数K_*,RC,BR采用式(9)～(14)Chen公式计算，其中，在热段的K_*,RC,BR用K_HL,RC,BR替换，在冷段的K_*,RC,BR用K_CL,RC,BR替换：

K_*,RC,BR＝K_cht+K_bht (9)

式中，K_cht、K_bht分别是对流传热部分的对流换热系数和泡核沸腾传热部分的对流换热系数；C_P,w是工质定压比热容；h_fs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；△T_MT是沸腾区倒U型管金属壁过热度；△P_MT是沸腾区饱和蒸汽压差；x是质量气含率；ρ_w是上升通道液相工质密度；ρ_s是上升通道饱和蒸汽密度；μ_w是上升通道液相工质粘性系数；μ_s是上升通道饱和蒸汽粘性系数；d_HL,MT是热段倒U型管内径。G是工质质量流量；X_tt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)：

式中，ρ_HL,PS是热段一回路冷却剂密度，kg/m³；W_HL,PS是热段一回路冷却剂的流速，m/s；C_P,HL,PS是热段一回路冷却剂定压比热容，kJ/(kg·K)；T_HL,PS是热段一回路冷却剂温度，K；K_HL,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对流换热系数，kW/(m²·K)；d_HL,MT是热段倒U型管内径，m；P_HL,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，得到热段工质温度、压力、质量流量以及热段一次侧与倒U型管壁之间对流换热系数。

求解冷段一回路冷却剂模型，式(19)～(22)：

式中，ρ_CL,PS是冷段一回路冷却剂密度，kg/m³；W_CL,PS是冷段一回路冷却剂的流速，m/s；C_P,CL,PS是冷段一回路冷却剂定压比热容，kJ/(kg·K)；T_CL,PS是冷段一回路冷却剂温度，K；K_CL,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对流换热系数，kW/(m²·K)；d_CL,MT是冷段倒U型管内径，m；P_CL,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，得到冷段工质温度、压力、质量流量以及热段一次侧与倒U型管壁之间对流换热系数。

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)：

式中，ρ_HL,RC是热段上升通道工质密度，kg/m³；W_HL,RC是热段上升通道工质的流速，m/s；ρ_HL,MT是热段倒U型管金属壁密度，kg/m³；C_P,HL,MT是热段倒U型管金属壁的定压比热容，kJ/(kg·K)；T_HL,MT是热段倒U型管金属壁温度，K；n是倒U型管根数；K_HL,RC,PR是热段上升通道预热区二回路工质与倒U型管金属壁间对流换热系数，kW/(m²·K)；d_HL,MT是热段倒U型管内径，m；T_HL,RC，PR是热段上升通道预热区液相工质温度，K；ρ_HL,RC，PR是热段上升通道预热区液相工质密度，kg/m³；C_P,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)；W_HL,RC，PR是热段上升通道预热区液相工质的流速，m/s；K_HL,RC,BR是热段上升通道沸腾区二回路工质与倒U型管金属壁间对流换热系数，kW/(m²·K)；T_HL,RC，BR是热段上升通道沸腾区气液混合相工质温度，K；ρ_HL,RC，BR是热段上升通道沸腾区气液混合相工质密度，kg/m³；C_P,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)；W_HL,RC，BR是热段上升通道沸腾区气液混合相工质的流速，m/s；P_HL,RC,PR是热段上升通道预热区液相工质压力，MPa；G_HL,RC,PR是热段上升通道预热区液相工质质量流量，kg/s；f_HL,RC,PR是热段上升通道预热区摩擦因子；D_e,HL,RC,PR是热段上升通道预热区当量直径，m；ξ_HL,RC,PR是热段上升通道预热区局部阻力系数；P_HL,RC,BR是热段上升通道沸腾区气液混合相工质压力，MPa；G_HL,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；f_HL,RC,BR是热段上升通道沸腾区摩擦因子；D_e,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；ξ_HL,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，％；ρ_w是上升通道液相工质密度，kg/m³；ρ_s是上升通道饱和蒸汽密度，kg/m³；μ_w是上升通道液相工质粘性系数；μ_s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、压力以及热段二次侧与倒U型管壁对流换热系数分布。

求解冷段上升通道模型，式(31)～(37)：

式中，ρ_CL,RC是冷段上升通道工质密度，kg/m³；W_CL,RC是冷段上升通道工质的流速，m/s；ρ_CL,MT是冷段倒U型管金属壁密度，kg/m³；C_P,CL,MT是冷段倒U型管金属壁的定压比热容，kJ/(kg·K)；T_CL,MT是冷段倒U型管金属壁温度，K；K_CL,RC,PR是冷段上升通道预热区二回路工质与倒U型管金属壁间对流换热系数，kW/(m²·K)；d_CL,MT是冷段倒U型管内径，m；T_CL,RC，PR是冷段上升通道预热区液相工质温度，K；ρ_CL,RC，PR是冷段上升通道预热区液相工质密度，kg/m³；C_P,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)；W_CL,RC,PR是冷段上升通道预热区液相工质的流速，m/s；K_CL,RC,BR是冷段上升通道沸腾区二回路工质与倒U型管金属壁间对流换热系数，kW/(m²·K)；T_CL,RC,BR是冷段上升通道沸腾区气液混合相工质温度，K；ρ_CL,RC,BR是冷段上升通道沸腾区气液混合相工质密度，kg/m³；C_P,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)；W_CL,RC,BR是冷段上升通道沸腾区气液混合相工质的流速，m/s；P_CL,RC,PR是冷段上升通道预热区液相工质压力，MPa；G_CL,RC,PR是冷段上升通道预热区液相工质质量流量，kg/s；f_CL,RC,PR是冷段上升通道预热区摩擦因子；D_e,CL,RC,PR是冷段上升通道预热区当量直径，m；ξ_CL,RC,PR是冷段上升通道预热区局部阻力系数；P_CL,RC,BR是冷段上升通道沸腾区气液混合相工质压力，MPa；G_CL,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；f_CL,RC,BR是冷段上升通道沸腾区摩擦因子；D_e,CL,RC,BR是冷段上升通道沸腾区当量直径，m；ξ_CL,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、压力以及冷段二次侧与倒U型管壁对流换热系数分布。

进一步，计算当前时刻沿倒U型管高度的气含率分布：

式中，h_BR是沸腾区气液混合相工质比焓，kJ/kg；h_ss是沸腾区饱和蒸汽比焓，kJ/kg；h_sw是沸腾区饱和水比焓，kJ/kg；x_BR是沸腾区工质质量气含率，％。h_BR,h_sw和h_sw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。

步骤七，求解汽水分离器模型，式(39)～(46)：

G_ss,SP,out＝(x_HL,RC,BR,outG_HL,RC,BR,out+x_CL,RC,BR,outG_CL,RC,BR,out)×η (39)

G_sw,SP,out＝(1-x_HL,RC,BR,out×η)G_HL,RC,BR,out+(1-x_CL,RC,BR,out×η)G_CL,RC,BR,out (40)

G_SP,in＝G_HL,RC,BR,out+G_CL,RC,BR,out (42)

P_SP,in＝P_HL,RC,BR,out＝P_CL,RC,BR,out (43)

T_SP,in＝T_HL,RC,BR,out＝T_CL,RC,BR,out (44)

P_SP,out＝P_ss,SP,out＝T_sw,SP,out (45)

T_SP,in＝T_ss,SP,out＝T_sw,SP,out (46)

式中，G_ss,SP,out是汽水分离器出口饱和蒸汽质量流量，kg/s；x_HL,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，％；G_HL,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；x_CL,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，％；G_CL,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，％；G_sw,SP,out是汽水分离器出口饱和水质量流量，kg/s；P_SP,out是汽水分离器出口工质压力，MPa；P_ss,SP,out是汽水分离器出口饱和蒸汽压力，MPa；P_sw,SP,out是汽水分离器出口饱和水压力，MPa；P_SP,in是汽水分离器入口气液混合相工质压力，MPa；T_SP,in是汽水分离器入口气液混合相工质温度，K；T_CL,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；T_HL,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；ξ_SP是汽水分离器局部阻力系数；G_SP,in是汽水分离器入口气液混合相工质质量流量，kg/s；ρ_SP,in是汽水分离器入口气液混合相工质密度，kg/m³；P_HL,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；P_CL,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；T_ss,SP,out是汽水分离器出口饱和蒸汽温度，K；T_sw,SP,out是汽水分离器出口饱和水温度，K；ρ_HL,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；ρ_CL,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。

本实施例提供的核电蒸汽发生器一二次侧对流换热系数分布实时估计方法，如图3所示，获取实施例核电站机组2019年6月10日不同负荷下的蒸汽发生器DCS实测数据。图4是热段一次侧与倒U型管壁之间对流换热系数分布估计结果，图5是冷段一次侧与倒U型管壁之间对流换热系数分布估计结果，图6是热段二次侧与倒U型管壁之间对流换热系数分布估计结果，图7是冷段二次侧与倒U型管壁之间对流换热系数分布估计结果。由图4-7可知，一二次侧与倒U型管壁之间对流换热系数随着核电站机组负荷升高而升高，反之亦反。

本发明上述实施例提供的核电蒸汽发生器一二次侧对流换热系数分布实时估计方法及系统。本发明上述实施例获取给定时刻下蒸汽发生器相关测点的实时测量数据；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；求解一回路冷却剂模型得到当前时刻沿倒U型管高度的一回路冷却剂的比焓、流量、温度、压力以及密度分布，进而计算出当前时刻沿倒U型管高度的一次侧对流换热系数分布；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，进而计算出当前时刻沿倒U型管高度的二次侧对流换热系数分布；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一二次侧对流换热系数分布实时估计，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)

1.一种蒸汽发生器一二次侧对流换热系数分布的估计方法，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，采用龙格库塔法解算下降通道模型，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，采用龙格库塔法解算一回路冷却剂模型，得到当前时刻沿倒U型管高度的一回路工质的流速、温度以及压力分布，进而采用迪图斯-贝尔特公式计算当前时刻沿倒U型管高度的一次侧对流换热系数分布；

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，采用龙格库塔法解算上升通道模型，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，进而计算当前时刻沿倒U型管高度的二次侧对流换热系数分布，其中单相工质预热段采用迪图斯-贝尔特公式计算对流传热系数，气液两相工质沸腾段采用Chen公式计算；所述当前时刻沿倒U型管高度的二回路工质的流速、温度以及压力分布包括上升通道顶部出口气液混合物工质的流速、温度以及压力；

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，采用龙格库塔法解算汽水分离器模型，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，实现蒸汽发生器一二次侧对流换热系数分布的估计。

2.根据权利要求1所述的蒸汽发生器一二次侧对流换热系数分布的估计方法，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所述的蒸汽发生器一二次侧对流换热系数分布的估计方法，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：

h_RC(t,z)＝h_sw(t,z) (1)

式中，h_RC(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；h_sw(t,z)是当前时刻t和高度z的二回路工质饱和状态比焓。

4.根据权利要求1所述的蒸汽发生器一二次侧对流换热系数分布的估计方法，其特征在于，所述下降通道入口液相工质中，占比

的给水流入热段，占比

的给水流入冷段，占比

的再循环水流入热段，占比

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)：

式中，M_HL,DC是热段下降通道液相工质质量；ρ_HL,DC是热段下降通道底部出口液相工质密度；A_HL,DC是热段下降通道的横截面积；H是下降通道的水位高度；G_fw是给水质量流量；G_rw是再循环水质量流量；G_HL,DC,out是热段下降通道底部出口液相工质质量流量；C_P,HL,DC是热段下降通道液相工质的定压比热容；T_HL,DC是热段下降通道底部出口液相工质温度；h_HL,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；h_fw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；h_rw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；h_HL,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；P_HL,DC热段下降通道底部出口液相工质压力；G_HL,DC是热段下降通道液相工质质量流量；f_HL,DC是热段下降通道摩擦因子；D_e,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)：

式中，M_CL,DC是冷段下降通道液相工质质量；ρ_CL,DC是冷段下降通道液相工质密度；A_CL,DC是冷段下降通道的横截面积；G_CL,DC,out是冷段下降通道底部出口液相工质质量流量；C_P,CL,DC是冷段下降通道液相工质的定压比热容；T_CL,DC是冷段下降通道液相工质温度；h_CL,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；h_CL,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；P_CL,DC冷段下降通道液相工质压力；G_CL,DC是冷段下降通道液相工质质量流量；f_CL,DC是冷段下降通道摩擦因子；D_e,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所述的蒸汽发生器一二次侧对流换热系数分布的估计方法，其特征在于，热段和冷段一回路冷却剂与倒U型管金属壁之间对流换热系数K_HL,PS和K_CL,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对流换热系数K_HL,RC,PR和K_CL,RC,PR，采用迪图斯-贝尔特公式计算：

K＝0.023Re_w ^0.8Pr_w ^0.3λ_w/d_HL,MT (8)

式中，Re_w是对应的热段或冷段一回路或二回路工质雷诺数；Pr_w是对应的热段或冷段一回路或二回路工质普朗特数；λ_w是对应的热段或冷段一回路或二回路工质热导率；d_HL,MT是倒U型管内径；

对热段和冷段沸腾区倒U型管金属壁与二回路工质之间的对流换热系数K_*,RC,BR采用式(9)～(14)Chen公式计算，其中，在热段的K_*,RC,BR用K_HL,RC,BR替换，在冷段的K_*,RC,BR用K_CL,RC,BR替换：

K_*,RC,BR＝K_cht+K_bht (9)

式中，K_cht、K_bht分别是对流传热部分的对流换热系数和泡核沸腾传热部分的对流换热系数；C_P,w是工质定压比热容；h_fs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；△T_MT是沸腾区倒U型管金属壁过热度；△P_MT是沸腾区饱和蒸汽压差；x是质量气含率；ρ_w是上升通道液相工质密度；ρ_s是上升通道饱和蒸汽密度；μ_w是上升通道液相工质粘性系数；μ_s是上升通道饱和蒸汽粘性系数；

d_HL,MT是热段倒U型管内径；G是工质质量流量；X_tt和S是中间变量。

6.根据权利要求1所述的蒸汽发生器一二次侧对流换热系数分布的估计方法，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)：

式中，ρ_HL,PS是热段一回路冷却剂密度；W_HL,PS是热段一回路冷却剂的流速；C_P,HL,PS是热段一回路冷却剂定压比热容；T_HL,PS是热段一回路冷却剂温度；K_HL,PS是热段一回路冷却剂与倒U型管金属壁之间对流换热系数；d_HL,MT是热段倒U型管内径；P_HL,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，得到热段工质温度、压力、质量流量以及热段一次侧与倒U型管壁之间对流换热系数；

建立冷段一回路冷却剂模型为式(19)～(22)：

式中，ρ_CL,PS是冷段一回路冷却剂密度；W_CL,PS是冷段一回路冷却剂的流速；C_P,CL,PS是冷段一回路冷却剂定压比热容；T_CL,PS是冷段一回路冷却剂温度；K_CL,PS是冷段一回路冷却剂与倒U型管金属壁之间的对流换热系数；d_CL,MT是冷段倒U型管内径；P_CL,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，得到冷段工质温度、压力、质量流量以及冷段一次侧与倒U型管壁之间对流换热系数。

7.根据权利要求1所述的蒸汽发生器一二次侧对流换热系数分布的估计方法，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)：

式中，ρ_HL,RC是热段上升通道工质密度；W_HL,RC是热段上升通道工质的流速；ρ_HL,MT是热段倒U型管金属壁密度；C_P,HL,MT是热段倒U型管金属壁的定压比热容；T_HL,MT是热段倒U型管金属壁温度；n是倒U型管根数；K_HL,RC,PR是热段上升通道预热区二回路工质与倒U型管金属壁间对流换热系数；d_HL,MT是热段倒U型管内径；T_HL,RC，PR是热段上升通道预热区液相工质温度；ρ_HL,RC，PR是热段上升通道预热区液相工质密度；C_P,HL,RC,PR是热段上升通道预热区液相工质定压比热容；W_HL,RC，PR是热段上升通道预热区液相工质的流速；K_HL,RC,BR是热段上升通道沸腾区二回路工质与倒U型管金属壁间对流换热系数；T_HL,RC，BR是热段上升通道沸腾区气液混合相工质温度；ρ_HL,RC，BR是热段上升通道沸腾区气液混合相工质密度；C_P,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；W_HL,RC，BR是热段上升通道沸腾区气液混合相工质的流速；P_HL,RC,PR是热段上升通道预热区液相工质压力a；G_HL,RC,PR是热段上升通道预热区液相工质质量流量；f_HL,RC,PR是热段上升通道预热区摩擦因子；D_e, _HL,RC,PR是热段上升通道预热区当量直径；ξ_HL,RC,PR是热段上升通道预热区局部阻力系数；P_HL,RC,BR是热段上升通道沸腾区气液混合相工质压力；G_HL,RC,BR是热段上升通道沸腾区气液混合相工质质量流量；f_HL,RC,BR是热段上升通道沸腾区摩擦因子；D_e,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；ξ_HL,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；ρ_w是上升通道液相工质密度；ρ_s是上升通道饱和蒸汽密度；μ_w是上升通道液相工质粘性系数；μ_s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、压力以及热段二次侧与倒U型管壁之间对流换热系数分布；

建立冷段上升通道模型为式(31)～(37)：

式中，ρ_CL,RC是冷段上升通道工质密度；W_CL,RC是冷段上升通道工质的流速；ρ_CL,MT是冷段倒U型管金属壁密度；C_P,CL,MT是冷段倒U型管金属壁的定压比热容；T_CL,MT是冷段倒U型管金属壁温度；K_CL,RC,PR是冷段上升通道预热区二回路工质与倒U型管金属壁间对流换热系数；d_CL,MT是冷段倒U型管内径；T_CL,RC，PR是冷段上升通道预热区液相工质温度；ρ_CL,RC，PR是冷段上升通道预热区液相工质密度；C_P,CL,RC,PR是冷段上升通道预热区液相工质定压比热容；W_CL,RC,PR是冷段上升通道预热区液相工质的流速；K_CL,RC,BR是冷段上升通道沸腾区二回路工质与倒U型管金属壁间对流换热系数；T_CL,RC,BR是冷段上升通道沸腾区气液混合相工质温度；ρ_CL,RC,BR是冷段上升通道沸腾区气液混合相工质密度；C_P,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；W_CL,RC,BR是冷段上升通道沸腾区气液混合相工质的流速；P_CL,RC,PR是冷段上升通道预热区液相工质压力a；G_CL,RC,PR是冷段上升通道预热区液相工质质量流量；f_CL,RC,PR是冷段上升通道预热区摩擦因子；D_e,CL,RC,PR是冷段上升通道预热区当量直径；ξ_CL,RC,PR是冷段上升通道预热区局部阻力系数；P_CL,RC,BR是冷段上升通道沸腾区气液混合相工质压力；G_CL,RC,BR是冷段上升通道沸腾区气液混合相工质质量流量；f_CL,RC,BR是冷段上升通道沸腾区摩擦因子；D_e,CL,RC,BR是冷段上升通道沸腾区当量直径；ξ_CL,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、压力以及冷段二次侧与倒U型管壁之间对流换热系数分布。

8.根据权利要求1所述的蒸汽发生器一二次侧对流换热系数分布的估计方法，其特征在于，计算当前时刻沿倒U型管高度的气含率分布：

式中，h_BR是沸腾区气液混合相工质比焓；h_ss是沸腾区饱和蒸汽比焓；h_sw是沸腾区饱和水比焓；x_BR是沸腾区工质质量气含率；h_BR,h_ss和h_sw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。

9.根据权利要求1所述的蒸汽发生器一二次侧对流换热系数分布的估计方法，其特征在于，所述汽水分离器模型为式(39)～(46)：

G_ss,SP,out＝(x_HL,RC,BR,outG_HL,RC,BR,out+x_CL,RC,BR,outG_CL,RC,BR,out)×η (39)

G_sw,SP,out＝(1-x_HL,RC,BR,out×η)G_HL,RC,BR,out+(1-x_CL,RC,BR,out×η)G_CL,RC,BR,out (40)

G_SP,in＝G_HL,RC,BR,out+G_CL,RC,BR,out (42)

P_SP,in＝P_HL,RC,BR,out＝P_CL,RC,BR,out (43)

T_SP,in＝T_HL,RC,BR,out＝T_CL,RC,BR,out (44)

P_SP,out＝P_ss,SP,out＝T_sw,SP,out (45)

T_SP,in＝T_ss,SP,out＝T_sw,SP,out (46)

式中，G_ss,SP,out是汽水分离器出口饱和蒸汽质量流量；x_HL,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；G_HL,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；x_CL,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；G_CL,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；G_sw,SP,out是汽水分离器出口饱和水质量流量；P_SP,out是汽水分离器出口工质压力；P_ss,SP,out是汽水分离器出口饱和蒸汽压力；P_sw,SP,out是汽水分离器出口饱和水压力；P_SP,in是汽水分离器入口气液混合相工质压力；T_SP,in是汽水分离器入口气液混合相工质温度；T_CL,RC,BR,out是冷段上升通道沸腾区出口气液混合相工质温度；T_HL,RC,BR,out是热段上升通道沸腾区出口气液混合相工质温度；ξ_SP是汽水分离器局部阻力系数；G_SP,in是汽水分离器入口气液混合相工质质量流量；ρ_SP,in是汽水分离器入口气液混合相工质密度；P_HL,RC,BR,out是热段上升通道沸腾区出口气液混合相工质压力；P_CL,RC,BR,out是冷段上升通道沸腾区出口气液混合相工质压力；T_ss,SP,out是汽水分离器出口饱和蒸汽温度；T_sw,SP,out是汽水分离器出口饱和水温度；ρ_HL,RC,BR,out是热段上升通道沸腾区出口气液混合相工质密度；ρ_CL,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。

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