CN115935838A - 一种核动力装置二回路凝给水系统建模仿真方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种核动力装置二回路凝给水系统建模仿真方法，将二回路凝给水系统分为管网系统和主要设备组成的系统两个系统，基于三大守恒定律分别对两个系统建模；定义管网系统模型与主要设备组成的系统模型之间的连接关系以及交互的参数；基于输入的初始参数，分别求解管网系统模型与主要设备组成的系统模型；进行两个模型的数据交换并更新各自的模型参数，直至系统稳定。本发明将复杂的核动力装置二回路凝给水系统仿真简化为凝给水系统的管网部分的仿真与对凝给水系统设备的仿真，并通过建立管网系统与设备的耦合关系，实现管网系统与设备模块之间的整体仿真，仿真模型可以对现实中难以实现或无法实现的工况进行模拟，提升经济效益。

Description

一种核动力装置二回路凝给水系统建模仿真方法

技术领域

本发明属于核反应堆系统技术领域，特别涉及一种核动力装置二回路凝给水系统建模仿真方法。

背景技术

在核动力装置二回路发展的过程中，对核动力装置二回路系统的建模仿真尤为重要，而核动力装置二回路凝给水系统是最为复杂的系统之一，既包含有复杂的能量转化装置，也有着以朗肯循环为基础的各种复杂的热力循环系统，除此之外，还包括种类繁多的换热设备。因此，对核动力装置二回路凝给水系统建立仿真模型可以取得很高的经济效益。对于在现实中难以实现或无法实现的工况，都可以通过建立仿真模型进行模拟。从稳态工况到各种瞬态工况，从标准工况到各种事故工况等也都可以通过仿真的手段来实现。

核动力装置二回路凝给水系统由复杂的管网系统与主要换热设备连接构成，其中管网系统主要是由输送水、水蒸气等管路组成。系统主要设备包括冷凝器、除氧器、给水加热器等换热设备，在运行过程中都包含有复杂的换热、相变的过程。凝给水系统运行过程中，有复杂的质量、能量、动量的交换过程。要完整地描述这些物理过程，需要通过的精细化的建模方法来实现。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种核动力装置二回路凝给水系统建模仿真方法，包括以下步骤：

S1、将二回路凝给水系统分为管网系统和主要设备组成的系统两部分，基于质量守恒、能量守恒和动量守恒定律对所述管网系统建模，基于质量守恒和能量守恒定律对所述主要设备组成的系统建模；

S2、定义所述管网系统模型与主要设备组成的系统模型之间的连接关系以及交互的参数，并输入初始参数；

S3、基于初始参数，分别求解凝给水系统管网系统模型与主要设备组成的系统模型；

S4、基于S2中定义的管网系统模型与主要设备组成的系统模型之间的连接关系以及交互的参数，进行二凝给水系统管网系统模型与主要设备组成的系统模型的数据交换，建立管网系统与主要设备组成的系统之间的整体模型；

S5、在进行数据交互后，管网系统与主要设备组成的系统更新各自的模型参数，作为模型初始参数，并计算下一时间步长，重复步骤S3、S4与S5，直至系统稳定。

进一步地，步骤S1具体为：

S11、管网系统包括边界、节点、流线，主要设备组成的系统包括除氧器、冷凝器、给水加热器；

S12、基于三大守恒定律对管网系统的边界、节点、流线进行建模：

a、质量守恒方程：

式中，V_i——内部节点i的体积，m³；

ρ_i——内部节点i的平均密度，kg/m³；

X、Y、Z——内部节点、压力边界节点、流量边界节点的数量；

D_ij——内部节点i与内部节点j之间的关联矩阵；

DE_ik——内部节点i与压力边界节点k之间的关联矩阵；

DF_im——内部节点i与流量边界节点m之间的关联矩阵；

G_ij——内部节点i流向内部节点j的流量值，kg/s；

GE_ik——内部节点i流向压力边界节点k的流量值，kg/s；

GF_im——内部节点i流向流量边界节点m的流量值，kg/s；

b、能量守恒方程：

式中，M_i——内部节点i的质量，kg；

h_i——内部节点i的比焓值，kJ/kg；

hE_k——压力边界节点k的比焓值，kJ/kg；

hF_m——流量边界节点m的比焓值，kJ/kg；

S_i——内部节点i与环境间的散热量，kJ/s；

c、动量守恒方程：

内部之间流线的动量守恒方程：

与压力边界相连的流线的动量守恒方程：

式中，I_ij——内部节点i、j之间的流线的结构系数，MPa·s²/kg；

I_ik——内部节点i与压力边界节点k相连的流线的结构系数，MPa·s²/kg；

PE_k、P_i、P_j——压力边界节点k、内部节点i、内部节点j的压力值，MPa；

Hg_ij、HEg_ik——内部节点i、j之间的流线、内部节点i到压力边界节点k相连的流线上的重力压差，MPa；

f_ij、fE_ij——内部节点i到内部节点j、内部节点i到压力边界节点j上的阻力压降，MPa；

其中，f_ij和fE_ij为流线的阻力，与流量的平方成正比：

式中，

——内部节点i到内部节点j、内部节点i到压力边界节点j上的阻力系数的最大值，MPa·s²/kg²；

S13、对除氧器、冷凝器、给水加热器的建模主要基于两相箱体模型，

a、两相箱体的质量守恒方程：

式中：M_l,M_g——两相箱体内液相、汽相质量，kg；

G_l,in,G_l,out——液相流入，流出两相箱体的质量流量，kg/s；

G_g,in,G_g,out——汽相流入，流出两相箱体的质量流量，kg/s；

Γ——相变量，kg/s；

b、两相箱体内的能量守恒方程：

式中：h_l,h_g——两相箱体内液相、汽相比焓值，kJ/kg；

h_l,in,h_l,out——液相流入，流出两相箱体的液相比焓值，kJ/kg；

h_g,in,h_g,out——汽相流入，流出两相箱体的汽相比焓值，kJ/kg；

Q_l,Q_g——液相和汽相与外界的热量交换，吸热取正号，放热取负号，kJ/kg；

Q_Γ——相间换热量，kJ/kg；

c、分别联立液相与汽相的质量守恒方程与能量守恒方程：

式中：M_all——两相箱体内总质量，kg；

h_all——两相箱体内的总平均比焓值，kJ/kg；

Q_all——两相箱体与外界的总换热量，吸热取正号，放热取负号，kJ/kg。

进一步地，步骤S2中管网系统与主要设备组成的系统之间的连接关系包括：直接连接和间接连接；所述直接连接在管网系统与主要设备组成的系统之间输送工质，所述间接连接在管网系统与主要设备组成的系统之间传输热量；步骤S2中所述管网系统与主要设备组成的系统之间的交互的参数包括：管道的结构参数、管道阻力特性参数、管道初始状态参数、除氧器设备参数、冷凝器设备参数、给水加热器设备参数。

进一步地，步骤S3具体为：

S31、管网系统求解；

a、线性化质量守恒方程，忽略焓值对密度的影响，并对时间项进行半隐式差分，得到线性化后质量守恒方程：

式中：P_i ^t+Δt——下一步长内部节点i的压力，MPa；

P_i ^t——当前时间内部节点i的压力，MPa；

b、线性化动量守恒方程，通过忽略动量守恒方程的非稳态项，并对流量二次项采用半隐式差分方法，得到线性化后的动量守恒方程：

——下一步长内部节点i流向内部节点j的流量值，kg/s；

——下一步长内部节点i流向压力边界节点k的流量值，kg/s；

——下一步长内部节点i、j之间的流线的重力压差，MPa；

——下一步长内部节点i到压力边界节点k相连的流线上的重力压差，MPa；

——下一步长压力边界节点k的压力值，MPa；

——下一步长内部节点i到内部节点j上的阻力系数，MPa·s²/kg²；

——下一步长内部节点i到压力边界节点k上的阻力系数，MPa·s²/kg²；

——当前时间内部节点i流向压力边界节点k的流量值，kg/s；

c、建立管网系统压力矩阵，通过联立线性化后的质量守恒方程和动量守恒方程并将方程整理为矩阵形式得：

A·P^t+Δt＝B   (14)

A、B分别为整理后形成的压力方程组系数矩阵与压力方程组的右向量，其中：

——下一步长内部节点i流向流量边界节点m的流量值，kg/s；

通过上述求解压力矩阵，得到管网系统的压力分布；

d、求解流线流量值，求解压力矩阵得到管网系统的压力分布后，将压力值代入到线性化后的动量守恒方程中，得到流线的流量值；

e、求解内部节点的质量值，通过对质量守恒方程采用隐式欧拉方法可得：

式中：

——下一步长内部节点i的质量，kg；

——当前时间内部节点i的质量，kg；

将计算得到的流量值代入到线性化后的质量守恒方程中，求解得出内部节点的质量；

f、线性化能量守恒方程，能量守恒方程(2)等号左侧写成：

对式(16)采用隐式欧拉方法得到：

g、建立管网系统能量矩阵

M·h^t+Δt＝N   (18)

其中M为焓值矩阵，h^t+Δt表示下一步长管网系统的焓值，N为焓值方程组的右向量：

其中m_ii，m_ij，n_i为相应矩阵M或矩阵的N参数；

——当前时间内部节点i的比焓值，kJ/kg；

——下一步长压力边界节点k的比焓值，kJ/kg；

——下一步长流量边界节点m的比焓值，kJ/kg；

——下一步长内部节点i与环境间的散热量，kJ/s；

——下一步长内部节点i的做功值，kW；

通过求解焓值矩阵，得到管网系统的焓值分布；

S32、主要设备组成的系统求解；

相变侧处于热力平衡状态，两相箱体内部平均比焓值与比容：

h_all＝(1-x)h_l+xh_g   (19)

v_all＝(1-x)v_l+xv_g   (20)

式中：v_all——两相箱体内总平均比容，m³/kg；

x——蒸汽干度；

v_l,v_g——两相箱体内的液相与汽相的比容，m³/kg；

液相与汽相的比焓值和比容都是关于压力的函数，建立两相箱体模型的压力求解函数：

采用牛顿迭代法，求解压力：

式中：P^t+Δt——下一步长箱体的压力，MPa；

P^t——当前时间箱体的压力，MPa；

f′(P^t)表示对f(P)求导。

进一步地，步骤S4具体为：

将冷凝器、给水加热器作为单独的模块进行计算，并通过压力边界节点或者流量边界节点与管网系统进行数据交换，实现联立求解；将主要设备组成的系统的压力值赋值给管网系统，同时，将管网系统的温度、压力、流量赋值给主要设备组成的系统接口，实现管网系统与主要设备组成的系统的数据交互。

本发明提供的技术方案带来的有益效果是：

本发明一种核动力装置二回路凝给水系统建模仿真方法，将复杂的核动力装置二回路凝给水系统仿真简化为凝给水系统的管网部分的仿真与对凝给水系统设备的仿真，并通过建立管网系统与设备的耦合关系，实现管网系统与设备模块之间的整体仿真，仿真模型可以对现实中难以实现或无法实现的工况进行模拟，提升经济效益。

附图说明

图1为本发明一种核动力装置二回路凝给水系统建模仿真方法的流程框图；

图2是本发明实施例管网系统示意图；

图3是本发明实施例除氧器建模图；

图4是本发明实施例冷凝器建模图；

图5是本发明实施例给水加热器建模图。

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，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。

参考图1，图1为本发明一种核动力装置二回路凝给水系统建模仿真方法的流程框图，本发明实施例的一种核动力装置二回路凝给水系统建模仿真方法，包括以下步骤：

S1、对二回路凝给水系统进行建模，将二回路凝给水系统分为管网系统和主要设备组成的系统两部分，基于质量守恒、能量守恒和动量守恒定律对管网系统建模，基于质量守恒和能量守恒定律对主要设备组成的系统建模。

S11、管网系统包括边界、节点、流线，主要设备组成的系统包括除氧器、冷凝器、给水加热器。如图2所示，图2是本发明实施例管网系统示意图。

S12、基于三大守恒定律对管网系统的边界、节点、流线进行建模，如图3，4，5所示，图3是本发明实施例除氧器建模图，图4是本发明实施例冷凝器建模图，图5是本发明实施例给水加热器建模图。

a、质量守恒方程：

式中，V_i——内部节点i的体积，m³；

ρ_i——内部节点i的平均密度，kg/m³；

X、Y、Z——内部节点、压力边界节点、流量边界节点的数量；

D_ij——内部节点i与内部节点j之间的关联矩阵；

DE_ik——内部节点i与压力边界节点k之间的关联矩阵；

DF_im——内部节点i与流量边界节点m之间的关联矩阵；

G_ij——内部节点i流向内部节点j的流量值，kg/s；

GE_ik——内部节点i流向压力边界节点k的流量值，kg/s；

GF_im——内部节点i流向流量边界节点m的流量值，kg/s；

当流量值为正数时，表示流体流动方向与脚标规定的方向相同；当流量值为负数时，表示流体流动方向与脚标规定的方向相反。

b、能量守恒方程：

式中，M_i——内部节点i的质量，kg；

h_i——内部节点i的比焓值，kJ/kg；

hE_k——压力边界节点k的比焓值，kJ/kg；

hF_m——流量边界节点m的比焓值，kJ/kg；

S_i——内部节点i与环境间的散热量，kJ/s；

c、动量守恒方程：

内部之间流线的动量守恒方程：

与压力边界相连的流线的动量守恒方程：

式中，I_ij——内部节点i、j之间的流线的结构系数，MPa·s²/kg；

I_ik——内部节点i与压力边界节点k相连的流线的结构系数，MPa·s²/kg；

PE_k、P_i、P_j——压力边界节点k、内部节点i、内部节点j的压力值，MPa；

Hg_ij、HEg_ik——内部节点i、j之间的流线、内部节点i到压力边界节点k相连的流线上的重力压差，MPa；

f_ij、fE_ij——内部节点i到内部节点j、内部节点i到压力边界节点j上的阻力压降，MPa；

其中，f_ij和fE_ij为流线的阻力，与流量的平方成正比：

式中，

——内部节点i到内部节点j、内部节点i到压力边界节点j上的阻力系数的最大值，MPa·s²/kg²；

S13、对除氧器、冷凝器、给水加热器的建模主要基于两相箱体模型，

a、两相箱体的质量守恒方程：

式中：M_l,M_g——两相箱体内液相、汽相质量，kg；

G_l,in,G_l,out——液相流入，流出两相箱体的质量流量，kg/s；

G_g,in,G_g,out——汽相流入，流出两相箱体的质量流量，kg/s；

Γ——相变量，kg/s。

b、两相箱体内的能量守恒方程：

式中：h_l,h_g——两相箱体内液相、汽相比焓值，kJ/kg；

h_l,in,h_l,out——液相流入，流出两相箱体的液相比焓值，kJ/kg；

h_g,in,h_g,out——汽相流入，流出两相箱体的汽相比焓值，kJ/kg；

Q_l,Q_g——液相和汽相与外界的热量交换，吸热取正号，放热取负号，kJ/kg；

Q_Γ——相间换热量，kJ/kg。

c、分别联立液相与汽相的质量守恒方程与能量守恒方程：

式中：M_all——两相箱体内总质量，kg；

h_all——两相箱体内的总平均比焓值，kJ/kg；

Q_all——两相箱体与外界的总换热量，吸热取正号，放热取负号，kJ/kg。

S2、定义管网系统模型与主要设备组成的系统模型之间的连接关系以及交互的参数，并输入初始参数。

管网系统与设备的连接关系主要包括两种，一是直接连接，管网系统直接连接到除氧器或冷凝器、给水加热器壳侧，将工质输送到这些设备中混合；二是间接连接，管网系统接入冷凝器、给水加热器管侧，作为冷源与壳侧进行热量交换。其中，直接连接时，设备可作为管网的系统的边界，设备求解完成后，同步更新管网系统的边界参数；间接连接时，设备可作为管网的一部分，参与管网求解。

模型参数包括管道的结构参数(管道直径、管道长度、管壁厚度等)、管道阻力特性参数(相对粗糙度、形状修正因子等)，管道初始状态参数(压力、流量、温度等)、除氧器设备参数(初始水位、体积等)、冷凝器设备参数(冷凝器换热管定压比热、密度、内径、外径、换热管数量、换热面积、换热管布置方式、管排数量等)、给水加热器设备参数(给水加热器换热管定压比热、密度、内径、外径、换热管数量、换热面积、换热管布置方式、管排数量等)。

S3、基于初始参数，分别求解凝给水系统管网系统模型与主要设备组成的系统模型。

S31、管网系统求解；

a、线性化质量守恒方程，忽略焓值对密度的影响，并对时间项进行半隐式差分，得到线性化后质量守恒方程：

式中：P_i ^t+Δt——下一步长内部节点i的压力，MPa；

P_i ^t——当前时间内部节点i的压力，MPa。

b、线性化动量守恒方程，通过忽略动量守恒方程的非稳态项，并对流量二次项采用半隐式差分方法，得到线性化后的动量守恒方程：

其中，

——下一步长内部节点i流向内部节点j的流量值，kg/s；

——下一步长内部节点i流向压力边界节点k的流量值，kg/s；

——下一步长内部节点i、j之间的流线的重力压差，MPa；

——下一步长内部节点i到压力边界节点k相连的流线上的重力压差，MPa；

——下一步长压力边界节点k的压力值，MPa；

——下一步长内部节点i到内部节点j上的阻力系数，MPa·s²/kg²；

——下一步长内部节点i到压力边界节点k上的阻力系数，MPa·s²/kg²；

——当前时间内部节点i流向压力边界节点k的流量值，kg/s。

c、建立管网系统压力矩阵，通过联立线性化后的质量守恒方程(11)和动量守恒方程(12)和(13)并将方程整理为矩阵形式得：

A·P^t+Δt＝B   (14)

A、B分别为整理后形成的压力方程组系数矩阵与压力方程组的右向量，其中：

通过上述求解压力矩阵，得到管网系统的压力分布；

d、求解流线流量值，求解压力矩阵得到管网系统的压力分布后，将压力值代入到线性化后的动量守恒方程(12)和(13)中，得到流线的流量值；

e、求解内部节点的质量值，通过对质量守恒方程采用隐式欧拉方法可得：

式中：

——下一步长内部节点i的质量，kg；

——当前时间内部节点i的质量，kg；

将计算得到的流量值代入到线性化后的质量守恒方程(11)中，求解得出内部节点的质量；

f、线性化能量守恒方程，能量守恒方程等号左侧写成：

对式(16)采用隐式欧拉方法得到：

g、建立管网系统能量矩阵

M·h^t+Δt＝N   (18)

其中M为焓值矩阵，h^t+Δt表示下一步长管网系统的焓值，N为焓值方程组的右向量：

其中m_ii，m_ij，n_i为相应矩阵M或矩阵的N参数；

——当前时间内部节点i的比焓值，kJ/kg；

——下一步长压力边界节点k的比焓值，kJ/kg；

——下一步长流量边界节点m的比焓值，kJ/kg；

——下一步长内部节点i与环境间的散热量，kJ/s；

——下一步长内部节点i的做功值，kW；

通过求解焓值矩阵，得到管网系统的焓值分布；

S32、主要设备组成的系统求解；

相变侧处于热力平衡状态，两相箱体内部平均比焓值与比容：

h_all＝(1-x)h_l+xh_g   (19)

v_all＝(1-x)v_l+xv_g   (20)

式中：v_all——两相箱体内总平均比容，m³/kg；

x——蒸汽干度；

v_l,v_g——两相箱体内的液相与汽相的比容，m³/kg。

液相与汽相的比焓值和比容都是关于压力的函数，建立两相箱体模型的压力求解函数：

采用牛顿迭代法，求解压力：

式中：P^t+Δt——下一步长箱体的压力，MPa；

P^t——当前时间箱体的压力，MPa；

f′(P^t)表示对f(P)求导。

S4、基于S2中定义的管网系统模型与主要设备组成的系统模型之间的连接关系以及交互的参数，进行二凝给水系统管网系统模型与主要设备组成的系统模型的数据交换，建立管网系统与主要设备组成的系统之间的整体模型。

对于冷凝器、给水加热器等这种多进出口、在换热过程中产生复杂的相变的换热设备，可以将其作为单独的模块进行计算，并通过压力边界节点或者流量边界节点与管网系统进行数据交换，实现联立求解。

在核动力装置二回路凝给水系统中，冷凝器壳侧、给水加热器壳侧和除氧器，其本质都是混合式换热器，除氧器设备只有一个换热侧，属于纯混合式换热器，而冷凝器、给水加热器等设备具有壳侧和管侧两个换热侧，这几个换热设备的管侧换热形式都相同，但是其壳侧换热环境有差别，对于冷凝器和给水加热器，其壳侧为单一的冷凝换热。

将主要设备组成的系统的压力值赋值给管网系统，同时，将管网系统的温度、压力、流量赋值给主要设备组成的系统接口，实现管网系统与主要设备组成的系统的数据交互。

S5、在进行数据交互后，管网系统与主要设备组成的系统更新各自的模型参数，作为模型初始参数，并计算下一时间步长，重复步骤S3、S4与S5，直至系统稳定。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.一种核动力装置二回路凝给水系统建模仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将二回路凝给水系统分为管网系统和主要设备组成的系统两部分，基于质量守恒、能量守恒和动量守恒定律对所述管网系统建模，基于质量守恒和能量守恒定律对所述主要设备组成的系统建模；

S2、定义所述管网系统模型与主要设备组成的系统模型之间的连接关系以及交互的参数，并输入初始参数；

S3、基于初始参数，分别求解凝给水系统管网系统模型与主要设备组成的系统模型；

S4、基于S2中定义的管网系统模型与主要设备组成的系统模型之间的连接关系以及交互的参数，进行二凝给水系统管网系统模型与主要设备组成的系统模型的数据交换，建立管网系统与主要设备组成的系统之间的整体模型；

S5、在进行数据交互后，管网系统与主要设备组成的系统更新各自的模型参数，作为模型初始参数，并计算下一步长，重复步骤S3、S4与S5，直至系统稳定。

2.根据权利要求1所述的一种核动力装置二回路凝给水系统建模仿真方法，其特征在于，步骤S1具体为：

S11、管网系统包括边界、节点、流线，主要设备组成的系统包括除氧器、冷凝器、给水加热器；

S12、基于三大守恒定律对管网系统的边界、节点、流线进行建模：

a、质量守恒方程：

式中，V_i——内部节点i的体积，m³；

ρ_i——内部节点i的平均密度，kg/m³；

X、Y、Z——内部节点、压力边界节点、流量边界节点的数量；

D_ij——内部节点i与内部节点j之间的关联矩阵；

DE_ik——内部节点i与压力边界节点k之间的关联矩阵；

DF_im——内部节点i与流量边界节点m之间的关联矩阵；

G_ij——内部节点i流向内部节点j的流量值，kg/s；

GE_ik——内部节点i流向压力边界节点k的流量值，kg/s；

GF_im——内部节点i流向流量边界节点m的流量值，kg/s；

b、能量守恒方程：

式中，M_i——内部节点i的质量，kg；

h_i——内部节点i的比焓值，kJ/kg；

hE_k——压力边界节点k的比焓值，kJ/kg；

hF_m——流量边界节点m的比焓值，kJ/kg；

S_i——内部节点i与环境间的散热量，kJ/s；

c、动量守恒方程：

内部之间流线的动量守恒方程：

与压力边界相连的流线的动量守恒方程：

式中，I_ij——内部节点i、j之间的流线的结构系数，MPa·s²/kg；

I_ik——内部节点i与压力边界节点k相连的流线的结构系数，MPa·s²/kg；

PE_k、P_i、P_j——压力边界节点k、内部节点i、内部节点j的压力值，MPa；

Hg_ij、HEg_ik——内部节点i、j之间的流线、内部节点i到压力边界节点k相连的流线上的重力压差，MPa；

f_ij、fE_ij——内部节点i到内部节点j、内部节点i到压力边界节点j上的阻力压降，MPa；

其中，f_ij和fE_ij为流线的阻力，与流量的平方成正比：

式中，

——内部节点i到内部节点j、内部节点i到压力边界节点j上的阻力系数的最大值，MPa·s²/kg²；

S13、对除氧器、冷凝器、给水加热器的建模主要基于两相箱体模型，

a、两相箱体的质量守恒方程：

式中：M_l,M_g——两相箱体内液相、汽相质量，kg；

G_l,in,G_l,out——液相流入，流出两相箱体的质量流量，kg/s；

G_g,in,G_g,out——汽相流入，流出两相箱体的质量流量，kg/s；

Γ——相变量，kg/s；

b、两相箱体内的能量守恒方程：

式中：h_l,h_g——两相箱体内液相、汽相比焓值，kJ/kg；

h_l,in,h_l,out——液相流入，流出两相箱体的液相比焓值，kJ/kg；

h_g,in,h_g,out——汽相流入，流出两相箱体的汽相比焓值，kJ/kg；

Q_l,Q_g——液相和汽相与外界的热量交换，吸热取正号，放热取负号，kJ/kg；

Q_Γ——相间换热量，kJ/kg；

c、分别联立液相与汽相的质量守恒方程与能量守恒方程：

式中：M_all——两相箱体内总质量，kg；

h_all——两相箱体内的总平均比焓值，kJ/kg；

Q_all——两相箱体与外界的总换热量，吸热取正号，放热取负号，kJ/kg。

3.根据权利要求2所述的一种核动力装置二回路凝给水系统建模仿真方法，其特征在于，步骤S2中管网系统与主要设备组成的系统之间的连接关系包括：直接连接和间接连接；所述直接连接在管网系统与主要设备组成的系统之间输送工质，所述间接连接在管网系统与主要设备组成的系统之间传输热量；步骤S2中所述管网系统与主要设备组成的系统之间的交互的参数包括：管道的结构参数、管道阻力特性参数、管道初始状态参数、除氧器设备参数、冷凝器设备参数、给水加热器设备参数。

4.根据权利要求3所述的一种核动力装置二回路凝给水系统建模仿真方法，其特征在于，步骤S3具体为：

S31、管网系统求解；

a、线性化质量守恒方程，忽略焓值对密度的影响，并对时间项进行半隐式差分，得到线性化后质量守恒方程：

式中：

——下一步长内部节点i的压力，MPa；

P_i ^t——当前时间内部节点i的压力，MPa；

b、线性化动量守恒方程，通过忽略动量守恒方程的非稳态项，并对流量二次项采用半隐式差分方法，得到线性化后的动量守恒方程：

——下一步长内部节点i流向内部节点j的流量值，kg/s；

——下一步长内部节点i流向压力边界节点k的流量值，kg/s；

——下一步长内部节点i、j之间的流线的重力压差，MPa；

——下一步长内部节点i到压力边界节点k相连的流线上的重力压差，MPa；

——下一步长压力边界节点k的压力值，MPa；

——下一步长内部节点i到内部节点j上的阻力系数，MPa·s²/kg²；

——下一步长内部节点i到压力边界节点k上的阻力系数，MPa·s²/kg²；

——当前时间内部节点i流向压力边界节点k的流量值，kg/s；

c、建立管网系统压力矩阵，通过联立线性化后的质量守恒方程和动量守恒方程并将方程整理为矩阵形式得：

A·P^t+Δt＝B                        (14)

A、B分别为整理后形成的压力方程组系数矩阵与压力方程组的右向量，其中：

——下一步长内部节点i流向流量边界节点m的流量值，kg/s；

通过上述求解压力矩阵，得到管网系统的压力分布；

d、求解流线流量值，求解压力矩阵得到管网系统的压力分布后，将压力值代入到线性化后的动量守恒方程中，得到流线的流量值；

e、求解内部节点的质量值，通过对质量守恒方程采用隐式欧拉方法可得：

式中：

——下一步长内部节点i的质量，kg；

——当前时间内部节点i的质量，kg；

将计算得到的流量值代入到线性化后的质量守恒方程中，求解得出内部节点的质量；

f、线性化能量守恒方程，能量守恒方程(2)等号左侧写成：

对式(16)采用隐式欧拉方法得到：

g、建立管网系统能量矩阵

M·h^t+Δt＝N                        (18)

其中M为焓值矩阵，h^t+Δt表示下一步长管网系统的焓值，N为焓值方程组的右向量：

其中m_ii，m_ij，n_i为相应矩阵M或矩阵的N参数；

——当前时间内部节点i的比焓值，kJ/kg；

——下一步长压力边界节点k的比焓值，kJ/kg；

——下一步长流量边界节点m的比焓值，kJ/kg；

——下一步长内部节点i与环境间的散热量，kJ/s；

——下一步长内部节点i的做功值，kW；

通过求解焓值矩阵，得到管网系统的焓值分布；

S32、主要设备组成的系统求解；

相变侧处于热力平衡状态，两相箱体内部平均比焓值与比容：

h_all＝(1-x)h_l+xh_g                      (19)

v_all＝(1-x)v_l+xv_g                      (20)

式中：v_all——两相箱体内总平均比容，m³/kg；

x——蒸汽干度；

v_l,v_g——两相箱体内的液相与汽相的比容，m³/kg；

液相与汽相的比焓值和比容都是关于压力的函数，建立两相箱体模型的压力求解函数：

采用牛顿迭代法，求解压力：

式中：P^t+Δt——下一步长箱体的压力，MPa；

P^t——当前时间箱体的压力，MPa；

f′(P^t)表示对f(P)求导。

5.根据权利要求4所述的一种核动力装置二回路凝给水系统建模仿真方法，其特征在于，步骤S4具体为：

将冷凝器、给水加热器作为单独的模块进行计算，并通过压力边界节点或者流量边界节点与管网系统进行数据交换，实现联立求解；将主要设备组成的系统的压力值赋值给管网系统，同时，将管网系统的温度、压力、流量赋值给主要设备组成的系统接口，实现管网系统与主要设备组成的系统的数据交互。

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