CN114707435B - 再生式换热器不同运行方式下流量转折点分析方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了再生式换热器不同运行方式下流量转折点分析方法及系统，涉及核工程及化工领域，其技术方案要点是：构建一次流体相对流量、一次流体相对入口温度和相对换热功率的无量纲参数；依据多项式指数关系将一次流体相对流量和一次流体相对入口温度的无量纲参数分别在低流量区和高流量区进行数据拟合，分别得到低流量区和高流量区的流量‑温度‑功率关系；根据低流量区和高流量区的流量‑温度‑功率关系求解预定的一次流体相对入口温度下的流量‑功率交叉点；依据低流量区和高流量区的流量‑温度‑功率关系以及流量‑功率交叉点计算得到流量转折点。本发明确定的流量转折点可以用于指导再生式换热器在不同流量下对应最大换热功率的运行方式。

Description

再生式换热器不同运行方式下流量转折点分析方法及系统

技术领域

本发明涉及核工程及化工领域，更具体地说，它涉及再生式换热器不同运行方式下流量转折点分析方法及系统。

背景技术

在核工程及化工等领域中，普遍存在利用低温二次流体对高温一次流体进行冷却的需求。针对一二次流体之间存在巨大温差的换热情况，较大温差的冷热流体通过换热面换热可能会对换热面的性能造成影响，同时存在二次流体局部气化而造成换热不稳定情况发生，面对上述换热过程中存在的问题，采用再生式换热器可以在效应对上述不利影响。再生式换热器主要由再生段与冷却段构成，其中再生段一次侧出口与冷却段的一次侧入口相连，而再生段的二次侧入口与冷却段的一次侧出口相连。在换热过程中，高温一次流体依次流过再生段一次侧、冷却段一次侧以及再生段二次侧，而低温二次流体只流经冷却段二次侧。

针对再生式换热器的设计，通常基于一个特定的工况而开展，而在面对其他应用工况时，需要基于设计定型的换热器结构对相应工况开展校核计算。特别地，在需求换热功率与一次流体的流量及温度不匹配时，存在利用多台换热器共同运行的情况，此时需要通过调节一次流体在各换热器中的流量分配或者换热器的连接方式来使得上述匹配关系成立。由于再生式换热器的结构较为复杂，一定量的一次流体流经再生式换热器时，其换热功率表达与一次流体的流量与入口温度存在紧密的关系，并且在一定的流量范围内，存在多台再生式换热器并联换热功率反而较单台弱的情况出现。

因此，如何研究设计一种再生式换热器不同运行方式下流量转折点分析方法及系统是我们目前急需解决的问题，为有效评估不同流量条件下再生式换热器换热功率，并指导再生式换热器的运行连接方式提供数据支撑。

发明内容

为解决现有技术中的不足，本发明的目的是提供再生式换热器不同运行方式下流量转折点分析方法及系统，可以用于指导再生式换热器在不同流量下对应最大换热功率的运行方式。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

第一方面，提供了再生式换热器不同运行方式下流量转折点分析方法，包括以下步骤：

构建一次流体相对流量、一次流体相对入口温度和相对换热功率的无量纲参数；

依据多项式指数关系将一次流体相对流量和一次流体相对入口温度的无量纲参数分别在低流量区和高流量区进行数据拟合，分别得到低流量区和高流量区的流量-温度-功率关系；

根据低流量区和高流量区的流量-温度-功率关系求解预定的一次流体相对入口温度下的流量-功率交叉点；

依据低流量区和高流量区的流量-温度-功率关系以及流量-功率交叉点计算得到流量转折点。

进一步的，所述一次流体相对流量的无量纲参数计算公式具体为：

η_q＝Q₁/Q₀

其中，η_q表示一次流体相对流量；Q₁表示所需运行工况下一次流体流量；Q₀表示再生式换热器的一次流体设计流量；

所述一次流体相对入口温度的无量纲参数计算公式具体为：

η_t＝1-(T₀-T₁)/T₀

其中，η_t表示一次流体相对入口温度；T₀表示设计入口温度；T₁表示所需运行工况下入口温度；

所述相对换热功率的无量纲参数计算公式具体为：

η_p＝P₁/P₀

其中，η_p表示相对换热功率；P₁表示所需运行工况下对应功率；P₀表示对应设计功率。

进一步的，所述多项式指数关系的表达式具体为：

η_p＝A×η_q ^B×η_t ^C

其中，η_p表示相对换热功率；η_q表示一次流体相对流量；η_t表示一次流体相对入口温度；A、B、C均为待拟合数值。

进一步的，所述低流量区和高流量区依据两个区上数据拟合值与原始值之间的方差为最小进行分隔。

进一步的，所述流量-功率交叉点的求解过程具体为：

在预定的一次流体相对入口温度下，取η_pd＝η_pg，求解得到对应温度下的流量-功率交叉点η_qj；

所述低流量区的流量-温度-功率关系η_pd的表达式具体为：

η_pd＝A₁×η_q ^B1×η_t ^C1

其中，A₁、B1、C1均为低流量区的拟合数值；η_q表示一次流体相对流量；η_t表示一次流体相对入口温度；

所述高流量区的流量-温度-功率关系η_pg的表达式具体为：

η_pg＝A₂×η_q ^B2×η_t ^C2

其中，A₂、B2、C2均为高流量区的拟合数值。

进一步的，所述流量转折点的计算公式具体为：

取η_q+，令η_qz＝η_qj+η_q+；

且有η_p+＝A₁×η_q+ ^B1×η_t ^C1、η_pj＝A₁×η_qj ^B1×η_t ^C1、η_pz＝A₂×η_qz ^B2×η_t ^C2；

解η_pj+η_p+＝η_pz，求得η_q+，得到最终的流量转折点η_qz。

进一步的，所述相对换热功率为在二次流体流量最大时取得，并且该换热功率为相应一次流体入口温度与流量下的最大功率。

进一步的，所述流量-温度-功率关系适用于含拟合数据对应的工况以及不含拟合数据对应的工况。

进一步的，多台换热器并联运行时的最大功率对应其中任意一台的流量处于流量-功率交叉点处时的流量。

第二方面，提供了再生式换热器不同运行方式下流量转折点分析系统，包括：

数据处理模块，用于构建一次流体相对流量、一次流体相对入口温度和相对换热功率的无量纲参数；

数据拟合模块，用于依据多项式指数关系将一次流体相对流量和一次流体相对入口温度的无量纲参数分别在低流量区和高流量区进行数据拟合，分别得到低流量区和高流量区的流量-温度-功率关系；

交叉分析模块，用于根据低流量区和高流量区的流量-温度-功率关系求解预定的一次流体相对入口温度下的流量-功率交叉点；

转折分析模块，用于依据低流量区和高流量区的流量-温度-功率关系以及流量-功率交叉点计算得到流量转折点。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明提出的再生式换热器不同运行方式下流量转折点分析方法，可以基于部分数据而整体获取再生式换热器在所有运行一次水流量以及入口温度下的换热能力；

2、本发明方法确定的流量转折点，在该流量转折点之下，单台换热器独立运行下的换热功率要较多台换热器并联运行时的总换热功率大，而在该流量转折点之上，单台换热器独立运行下的换热功率要较多台换热器并联运行时的总换热功率小，该流量转折点的获取可以指导再生式换热器在不同流量下对应最大换热功率的运行方式。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1是本发明实施例中的流程图；

图2是本发明实施例中流量-功率交叉点的确定示意图；

图3是本发明实施例中的系统框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1：再生式换热器不同运行方式下流量转折点分析方法，如图1所示，包括以下步骤：

S1：构建一次流体相对流量、一次流体相对入口温度和相对换热功率的无量纲参数；

S2：依据多项式指数关系将一次流体相对流量和一次流体相对入口温度的无量纲参数分别在低流量区和高流量区进行数据拟合，分别得到低流量区和高流量区的流量-温度-功率关系；

S3：根据低流量区和高流量区的流量-温度-功率关系求解预定的一次流体相对入口温度下的流量-功率交叉点；

S4：依据低流量区和高流量区的流量-温度-功率关系以及流量-功率交叉点计算得到流量转折点。

一次流体相对流量的无量纲参数计算公式具体为：η_q＝Q₁/Q₀；其中，η_q表示一次流体相对流量；Q₁表示所需运行工况下一次流体流量；Q₀表示再生式换热器的一次流体设计流量。

一次流体相对入口温度的无量纲参数计算公式具体为：η_t＝1-(T₀-T₁)/T₀；其中，η_t表示一次流体相对入口温度；T₀表示设计入口温度；T₁表示所需运行工况下入口温度。

相对换热功率的无量纲参数计算公式具体为：η_p＝P₁/P₀；其中，η_p表示相对换热功率；P₁表示所需运行工况下对应功率；P₀表示对应设计功率。

多项式指数关系的表达式具体为：η_p＝A×η_q ^B×η_t ^C；其中，η_p表示相对换热功率；η_q表示一次流体相对流量；η_t表示一次流体相对入口温度；A、B、C均为待拟合数值。

如图2所示，流量-功率交叉点的确定可以基于图形法针对某个一次流体入口温度，分别绘制低流量区与高流量区的流量-温度-功率曲线，通过查找两条曲线的交点获得。依据低流量区数据拟合的关系曲线如①-①所示，依据低流量区数据拟合的关系曲线如②-②所示。

在本实施例中，低流量区和高流量区依据两个区上数据拟合值与原始值之间的方差为最小进行分隔。

流量-功率交叉点的求解过程具体为：在预定的一次流体相对入口温度下，取η_pd＝η_pg，求解得到对应温度下的流量-功率交叉点η_qj。

具体的，低流量区的流量-温度-功率关系η_pd的表达式具体为：η_pd＝A₁×η_q ^B1×η_t ^C1；其中，A₁、B1、C1均为低流量区的拟合数值；η_q表示一次流体相对流量；η_t表示一次流体相对入口温度；

具体的，高流量区的流量-温度-功率关系η_pg的表达式具体为：η_pg＝A₂×η_q ^B2×η_t ^C2；其中，A₂、B2、C2均为高流量区的拟合数值。

流量转折点的计算公式具体为：取η_q+，令η_qz＝η_q+jη₊；且有η_p+＝A₁×η_q+ ^B1×η_t ^C1、η_pj＝A₁×η_qj ^B1×η_t ^C1、η_pz＝A₂×η_qz ^B2×η_t ^C2；解η_jp+η_p+η_z＝_p，求得η_q+，得到最终的流量转折点η_qz。

需要说明的是，无论一次流体入口温度与流量如何取值，相对换热功率为在二次流体流量最大时取得，并且该换热功率为相应一次流体入口温度与流量下的最大功率。

在本实施例中，流量-温度-功率关系适用于含拟合数据对应的工况以及不含拟合数据对应的工况。

在流量转折点以下，再生式换热器单台运行的功率要较多台并联时高，此时再生式换热器宜以单台全流量独立运行，而在流量转折点之上，再生式换热器单台运行的功率要较多台并联时低，此时再生式换热器宜以多台分流量并联运行。

此外，多台换热器并联运行时的最大功率对应其中任意一台的流量处于流量-功率交叉点处时的流量。

实施例2：再生式换热器不同运行方式下流量转折点分析系统，该系统用于实现实施例1记载的方法，如图3所示，包括数据处理模块、数据拟合模块、交叉分析模块和转折分析模块。

其中，数据处理模块，用于构建一次流体相对流量、一次流体相对入口温度和相对换热功率的无量纲参数。数据拟合模块，用于依据多项式指数关系将一次流体相对流量和一次流体相对入口温度的无量纲参数分别在低流量区和高流量区进行数据拟合，分别得到低流量区和高流量区的流量-温度-功率关系。交叉分析模块，用于根据低流量区和高流量区的流量-温度-功率关系求解预定的一次流体相对入口温度下的流量-功率交叉点。转折分析模块，用于依据低流量区和高流量区的流量-温度-功率关系以及流量-功率交叉点计算得到流量转折点。

工作原理：依据本发明方法确定的流量转折点，在该流量转折点之下，单台换热器独立运行下的换热功率要较多台换热器并联运行时的总换热功率大，而在该流量转折点之上，单台换热器独立运行下的换热功率要较多台换热器并联运行时的总换热功率小，该流量转折点的获取可以指导再生式换热器在不同流量下对应最大换热功率的运行方式。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.再生式换热器不同运行方式下流量转折点分析方法，其特征是，包括以下步骤：

构建一次流体相对流量、一次流体相对入口温度和相对换热功率的无量纲参数；

依据多项式指数关系将一次流体相对流量和一次流体相对入口温度的无量纲参数分别在低流量区和高流量区进行数据拟合，分别得到低流量区和高流量区的流量-温度-功率关系；

根据低流量区和高流量区的流量-温度-功率关系求解预定的一次流体相对入口温度下的流量-功率交叉点；

依据低流量区和高流量区的流量-温度-功率关系以及流量-功率交叉点计算得到流量转折点；

所述一次流体相对流量的无量纲参数计算公式具体为：

η_q＝Q₁/Q₀

其中，η_q表示一次流体相对流量；Q₁表示所需运行工况下一次流体流量；Q₀表示再生式换热器的一次流体设计流量；

所述一次流体相对入口温度的无量纲参数计算公式具体为：

η_t＝1-(T₀-T₁)/T₀

其中，η_t表示一次流体相对入口温度；T₀表示设计入口温度；T₁表示所需运行工况下入口温度；

所述相对换热功率的无量纲参数计算公式具体为：

η_p＝P₁/P₀

其中，η_p表示相对换热功率；P₁表示所需运行工况下对应功率；P₀表示对应设计功率；

所述多项式指数关系的表达式具体为：

η_p＝A×η_q ^B×η_t ^C

其中，η_p表示相对换热功率；η_q表示一次流体相对流量；η_t表示一次流体相对入口温度；A、B、C均为待拟合数值；

所述流量-功率交叉点的求解过程具体为：

在预定的一次流体相对入口温度下，取η_pd＝η_pg，求解得到对应温度下的流量-功率交叉点η_qj；

所述低流量区的流量-温度-功率关系η_pd的表达式具体为：

η_pd＝A₁×η_q ^B1×η_t ^C1

其中，A₁、B1、C1均为低流量区的拟合数值；η_q表示一次流体相对流量；η_t表示一次流体相对入口温度；

所述高流量区的流量-温度-功率关系η_pg的表达式具体为：

η_pg＝A₂×η_q ^B2×η_t ^C2

其中，A₂、B2、C2均为高流量区的拟合数值；

所述流量转折点的计算公式具体为：

取η_q+，令η_qz＝η_qj+η_q+；

且有η_p+＝A₁×η_q+ ^B1×η_t ^C1、η_pj＝A₁×η_qj ^B1×η_t ^C1、η_pz＝A₂×η_qz ^B2×η_t ^C2；

解η_pj+η_p+＝η_pz，求得η_q+，得到最终的流量转折点η_qz。

2.根据权利要求1所述的再生式换热器不同运行方式下流量转折点分析方法，其特征是，所述低流量区和高流量区依据两个区上数据拟合值与原始值之间的方差为最小进行分隔。

3.根据权利要求1所述的再生式换热器不同运行方式下流量转折点分析方法，其特征是，所述相对换热功率为在二次流体流量最大时取得，并且该换热功率为相应一次流体入口温度与流量下的最大功率。

4.根据权利要求1所述的再生式换热器不同运行方式下流量转折点分析方法，其特征是，所述流量-温度-功率关系适用于含拟合数据对应的工况以及不含拟合数据对应的工况。

5.根据权利要求1所述的再生式换热器不同运行方式下流量转折点分析方法，其特征是，多台换热器并联运行时的最大功率对应其中任意一台的流量处于流量-功率交叉点处时的流量。

6.再生式换热器不同运行方式下流量转折点分析系统，其特征是，包括：

数据处理模块，用于构建一次流体相对流量、一次流体相对入口温度和相对换热功率的无量纲参数；

数据拟合模块，用于依据多项式指数关系将一次流体相对流量和一次流体相对入口温度的无量纲参数分别在低流量区和高流量区进行数据拟合，分别得到低流量区和高流量区的流量-温度-功率关系；

交叉分析模块，用于根据低流量区和高流量区的流量-温度-功率关系求解预定的一次流体相对入口温度下的流量-功率交叉点；

转折分析模块，用于依据低流量区和高流量区的流量-温度-功率关系以及流量-功率交叉点计算得到流量转折点；

所述一次流体相对流量的无量纲参数计算公式具体为：

η_q＝Q₁/Q₀

其中，η_q表示一次流体相对流量；Q₁表示所需运行工况下一次流体流量；Q₀表示再生式换热器的一次流体设计流量；

所述一次流体相对入口温度的无量纲参数计算公式具体为：

η_t＝1-(T₀-T₁)/T₀

其中，η_t表示一次流体相对入口温度；T₀表示设计入口温度；T₁表示所需运行工况下入口温度；

所述相对换热功率的无量纲参数计算公式具体为：

η_p＝P₁/P₀

其中，η_p表示相对换热功率；P₁表示所需运行工况下对应功率；P₀表示对应设计功率；

所述多项式指数关系的表达式具体为：

η_p＝A×η_q ^B×η_t ^C

其中，η_p表示相对换热功率；η_q表示一次流体相对流量；η_t表示一次流体相对入口温度；A、B、C均为待拟合数值；

所述流量-功率交叉点的求解过程具体为：

在预定的一次流体相对入口温度下，取η_pd＝η_pg，求解得到对应温度下的流量-功率交叉点η_qj；

所述低流量区的流量-温度-功率关系η_pd的表达式具体为：

η_pd＝A₁×η_q ^B1×η_t ^C1

其中，A₁、B1、C1均为低流量区的拟合数值；η_q表示一次流体相对流量；η_t表示一次流体相对入口温度；

所述高流量区的流量-温度-功率关系η_pg的表达式具体为：

η_pg＝A₂×η_q ^B2×η_t ^C2

其中，A₂、B2、C2均为高流量区的拟合数值；

所述流量转折点的计算公式具体为：

取η_q+，令η_qz＝η_qj+η_q+；

且有η_p+＝A₁×η_q+ ^B1×η_t ^C1、η_pj＝A₁×η_qj ^B1×η_t ^C1、η_pz＝A₂×η_qz ^B2×η_t ^C2；

解η_pj+η_p+＝η_pz，求得η_q+，得到最终的流量转折点η_qz。