CN117521426A - 超临界二氧化碳微通道换热器的建模方法、装置和介质 - Google Patents
超临界二氧化碳微通道换热器的建模方法、装置和介质 Download PDFInfo
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Abstract
本申请公开了一种超临界二氧化碳微通道换热器的建模方法、装置和介质，该方法包括：确定超临界二氧化碳微通道换热器的拓扑结构；其中，拓扑结构包括介质物性模型、接口模型以及多个换热模型；每个换热模型中包含换热管道模型和热构件子模型；接口模型中包含流体接口和换热接口；基于超临界二氧化碳的物性参数构建介质物性模型；基于流动关系式、传热关系式以及两流体六方程构建换热管道模型；基于壁面导热函数构建热构件子模型；基于拓扑结构将介质物性模型、接口模型以及多个换热模型进行耦合，得到超临界二氧化碳微通道换热器模型。本申请能够提升超临界二氧化碳微通道换热器的精细度和性能。
Description
技术领域
本申请涉及建模仿真技术领域，尤其涉及一种超临界二氧化碳微通道换热器的建模方法、装置和介质。
背景技术
超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统作为一种新型发电方式，具有环境友好、系统紧凑、经济性高、发电效率高等优点。微通道换热器作为系统中的重要设备，其换热结构以及换热能力直接影响循环整体发电效率。目前，缺乏对该系统中微通道换热器的动态仿真分析的模型，从而无法满足对超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统中的微通道换热器仿真分析的需求。
上述内容仅用于辅助理解本申请的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。
发明内容
本申请的主要目的在于提供一种超临界二氧化碳微通道换热器的建模方法、装置和介质，旨在解决无法满足对超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统中的微通道换热器仿真分析的需求的技术问题。
为实现上述目的，本申请提供一种超临界二氧化碳微通道换热器的建模方法，所述方法包括：
确定超临界二氧化碳微通道换热器的拓扑结构；其中，所述拓扑结构包括介质物性模型、接口模型以及多个换热模型；每个所述换热模型中包含换热管道模型和热构件子模型；所述接口模型中包含流体接口和换热接口；所述换热管道模型和所述热构件子模型通过所述换热接口连接；相邻的换热模型之间通过所述流体接口连接；
基于超临界二氧化碳的物性参数构建所述介质物性模型；所述介质物性模型用于向所述换热管道模型和所述热构件子模型发送所述物性参数；
基于流动关系式、传热关系式以及两流体六方程构建所述换热管道模型；其中，所述换热管道模型用于模拟所述超临界二氧化碳在所述换热管道模型中的流动换热过程；
基于壁面导热函数构建所述热构件子模型；其中，所述热构件子模型用于模拟换热管道模型中流动的所述超临界二氧化碳与所述换热管道模型的壁面的换热过程；
基于所述拓扑结构将所述介质物性模型、所述接口模型以及多个换热模型进行耦合，得到超临界二氧化碳微通道换热器模型。
可选地，所述超临界二氧化碳的物性参数至少包括流体密度、流体流速、粘性系数、导热系数以及定压比热。
可选地，所述换热管道模型模拟所述超临界二氧化碳在所述换热管道模型中的流动换热过程包括以下步骤：
基于所述流动关系式对所述物性参数进行计算，得到所述换热管道模型的壁面摩擦压降；
基于所述传热关系式对所述物性参数进行计算，得到所述换热管道模型的壁面传递热量；
基于所述两流体六方程对所述壁面摩擦压降、所述壁面传递热量进行计算，得到所述换热管道模型的换热量。
可选地，所述基于所述流动关系式对所述物性参数进行计算，得到所述换热管道模型的壁面摩擦压降的过程包括以下步骤：
获取所述换热管道模型的管道直径；
基于所述管道直径、所述流体密度、所述流体流速以及所述粘性系数，计算得到雷诺数；
获取与所述雷诺数对应的流动关系式；
基于所述流动关系式对所述雷诺数进行计算，得到所述换热管道模型的壁面摩擦压降。
可选地，所述基于所述传热关系式对所述物性参数进行计算，得到所述换热管道模型的壁面传递热量的过程包括以下步骤：
基于所述粘性系数、所述导热系数以及所述定压比热，计算得到普朗特数；
基于所述传热关系式对所述普朗特数、所述雷诺数以及预设参数进行计算，得到所述换热管道模型的壁面传递热量。
可选地，在所述基于所述拓扑结构将所述介质物性模型、所述接口模型以及多个换热模型进行耦合，得到超临界二氧化碳微通道换热器模型之后，所述方法还包括：
将所述超临界二氧化碳微通道换热器模型与预先构建的流量入口组件、管道模型组件以及压力出口组件进行耦合，得到超临界二氧化碳微通道换热器仿真系统。
可选地，在所述将所述超临界二氧化碳微通道换热器模型与预先构建的流量入口组件、管道模型组件以及压力出口组件进行耦合，得到超临界二氧化碳微通道换热器仿真系统之后，所述方法还包括：
确定所述换热模型的模型数量；
基于所述模型数量和所述换热管道模型的换热量，计算得到所述超临界二氧化碳微通道换热器的总换热量；
控制所述超临界二氧化碳微通道换热器仿真系统基于所述总换热量以及所述流量入口组件的入口参数进行仿真，得到所述压力出口组件处的出口仿真结果。
此外，为实现上述目的，本申请还提供一种超临界二氧化碳微通道换热器的建模装置，所述装置包括：
确定单元，用于确定所述超临界二氧化碳微通道换热器的拓扑结构；其中，所述拓扑结构包括介质物性模型、接口模型以及多个换热模型；每个所述换热模型中包含换热管道模型和热构件子模型；所述接口模型中包含流体接口和换热接口；所述换热管道模型和所述热构件子模型通过所述换热接口连接；相邻的换热模型之间通过所述流体接口连接；
第一构建单元，用于基于超临界二氧化碳的物性参数构建所述介质物性模型；所述介质物性模型用于向所述换热管道模型和所述热构件子模型发送所述物性参数；
第二构建单元，用于基于流动关系式、传热关系式以及两流体六方程构建所述换热管道模型；其中，所述换热管道模型用于模拟所述超临界二氧化碳在所述换热管道模型中的流动换热过程；
第三构建单元，用于基于壁面导热函数构建所述热构件子模型；其中，所述热构件子模型用于模拟换热管道模型中流动的所述超临界二氧化碳与所述换热管道模型的壁面的换热过程；
耦合单元，用于基于所述拓扑结构将所述介质物性模型、所述接口模型以及多个换热模型进行耦合，得到超临界二氧化碳微通道换热器模型。
此外，本申请还提供了一种计算设备，所述计算设备包括：至少一个处理器、存储器和输入输出单元；其中，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于调用所述存储器中存储的计算机程序来执行第一方面中任一项所述的方法。
此外，本申请还提供了一种计算机可读存储介质，其包括指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行第一方面中任一项所述的方法。
本申请实施例提出的一种超临界二氧化碳微通道换热器的建模方法、装置和介质，通过获取到超临界二氧化碳微通道换热器的拓扑结构，构建介质物性模型、换热管道模型以及热构件子模型，并且根据得到的拓扑结构将介质物性模型、接口模型以及多个换热模型进行耦合，得到超临界二氧化碳微通道换热器模型；得到的超临界二氧化碳微通道换热器模型可以对超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统中的微通道换热器进行仿真，得到微通道换热器在仿真过程中的参数，能够满足对超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统中微通道换热器的仿真分析需求，通过得到的仿真结果能够方便地分析超临界二氧化碳微通道换热器模型的综合性能，基于得到的超临界二氧化碳微通道换热器模型的仿真结果可以对实际的超临界二氧化碳微通道换热器进行合理的改进，从而提升超临界二氧化碳微通道换热器的精细度和性能。
附图说明
图1为本申请一实施例提供的一种超临界二氧化碳微通道换热器的建模方法的流程示意图；
图2为本申请一实施例提供的一种换热模型的结构示意图；
图3为本申请一实施例提供的一种换热管道模型的结构示意图；
图4为本申请一实施例提供的一种热构件子模型的导热示意图；
图5为本申请一实施例提供的一种超临界二氧化碳微通道换热器模型的示意图；
图6为本申请一实施例提供的一种超临界二氧化碳微通道换热器仿真系统的示意图；
图7为本申请另一实施例提供的一种超临界二氧化碳微通道换热器的建模装置的功能模块示意图。
图8为本申请一实施例提供的一种介质的结构示意图；
图9为本申请一实施例提供的一种计算设备的结构示意图。
附图标记说明：90、计算设备；901、处理单元；902、系统存储器；9021、RAM（随机存取存储器）；9022、高速缓存存储器；9023、ROM（只读存储器）；9024、程序模块；9025、程序模块的程序/实用工具；903、连接不同系统组件的总线；904、外部设备；905、I/O（输入/输出）接口；906、网络适配器。
本申请目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。相反，提供这些实施方式是为了使本申请更加透彻和完整，并且能够将本申请的范围完整地传达给本领域的技术人员。
本领域技术人员知道，本申请的实施方式可以实现为一种系统、装置、设备、方法或计算机程序产品。因此，本申请可以具体实现为以下形式，即：完全的硬件、完全的软件（包括固件、驻留软件、微代码等），或者硬件和软件结合的形式。
超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统作为一种新型发电方式，具有环境友好、系统紧凑、经济性高、发电效率高等优点。微通道换热器作为系统中的重要设备，其换热结构以及换热能力直接影响循环整体发电效率。目前，缺乏对该系统中微通道换热器的动态仿真分析的模型，从而无法满足对超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统中的微通道换热器仿真分析的需求。
本申请实施例的主要解决方案是：
确定所述超临界二氧化碳微通道换热器的拓扑结构；其中，所述拓扑结构包括介质物性模型、接口模型以及多个换热模型；每个所述换热模型中包含换热管道模型和热构件子模型；所述接口模型中包含流体接口和换热接口；所述换热管道模型和所述热构件子模型通过所述换热接口连接；相邻的换热模型之间通过所述流体接口连接；
基于超临界二氧化碳的物性参数构建所述介质物性模型；所述介质物性模型用于向所述换热管道模型和所述热构件子模型发送所述物性参数；
基于流动关系式、传热关系式以及两流体六方程构建所述换热管道模型；其中，所述换热管道模型用于模拟所述超临界二氧化碳在所述换热管道模型中的流动换热过程；
基于壁面导热函数构建所述热构件子模型；其中，所述热构件子模型用于模拟换热管道模型中流动的所述超临界二氧化碳与所述换热管道模型的壁面的换热过程；
基于所述拓扑结构将所述介质物性模型、所述接口模型以及多个换热模型进行耦合，得到超临界二氧化碳微通道换热器模型。
本申请提供一种解决方案，通过获取到超临界二氧化碳微通道换热器的拓扑结构，构建介质物性模型、换热管道模型以及热构件子模型，并且根据得到的拓扑结构将介质物性模型、接口模型以及多个换热模型进行耦合，得到超临界二氧化碳微通道换热器模型；得到的超临界二氧化碳微通道换热器模型可以对超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统中的微通道换热器进行仿真，得到微通道换热器在仿真过程中的参数，能够满足对超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统中微通道换热器的仿真分析需求。
需要说明的是，附图中的任何元素数量均用于示例而非限制，以及任何命名都仅用于区分，而不具有任何限制含义。
下面参考本申请的若干代表性实施方式，详细阐释本申请的原理和精神。
下面参考图1，图1为本申请一实施例提供的超临界二氧化碳微通道换热器的建模方法的流程示意图。需要注意的是，本申请的实施方式可以应用于适用的任何场景。
图1所示的本申请一实施例提供的超临界二氧化碳微通道换热器的建模方法的流程，包括：
步骤S101，计算设备确定超临界二氧化碳微通道换热器的拓扑结构。
本申请实施例中，所述拓扑结构包括介质物性模型、接口模型以及多个换热模型；每个所述换热模型中包含换热管道模型和热构件子模型；所述接口模型中包含流体接口和换热接口；所述换热管道模型和所述热构件子模型通过所述换热接口连接；相邻的换热模型之间通过所述流体接口连接。
本申请实施例中，接口模型中的流体接口可以用于使流体通过，例如使超临界二氧化碳（Supercritical carbon dioxide，SCO2）从流体接口通过；换热接口可以用于连接换热管道模型与热构件子模型，以使换热管道模型和热构件子模型通过该换热接口进行换热。
本申请实施例中，换热管道模型的类型可以分为冷板类型或热板类型，即冷板类型的换热管道模型中流经的为冷流体，热板类型的换热管道模型中流经的为热流体。换热模型中的冷板类型的换热管道模型与热板类型的换热管道模型通过热构件子模型进行换热。具体地，冷板类型的换热管道模型和热板类型的换热管道模型均通过换热接口与热构件子模型进行连接。
由于超临界二氧化碳微通道换热器模型中存在多个换热模型，超临界二氧化碳微通道换热器模型的拓扑结构表示多个换热模型之间也存在连接关系。
举例来说，连续的三个换热模型（前一换热模型、当前换热模型以及后一换热模型）的连接方式为：
前一换热模型中的冷板类型的换热管道模型的换热管出口与当前换热模型中的冷板类型的换热管道模型的换热管入口通过流体接口进行连接；前一换热模型中的热板类型的换热管道模型的换热管入口与当前换热模型中的热板类型的换热管道模型的换热管出口通过流体接口进行连接；
当前换热模型中的冷板类型的换热管道模型的换热管出口与后一换热模型中的冷板类型的换热管道模型的换热管入口通过流体接口进行连接；当前换热模型中的热板类型的换热管道模型的换热管入口与后一换热模型中的热板类型的换热管道模型的换热管出口通过流体接口进行连接。
本申请实施例中，流体接口可以设置或采集到经过的流体的参数以及接口处的接口参数等，例如，流体的参数可以为：流体指令、流体流量以及流体组分等；接口参数可以为接口压力、接口比焓等，对此，本申请实施例不做限定。
步骤S102，计算设备基于超临界二氧化碳的物性参数构建所述介质物性模型。
本申请实施例中，所述介质物性模型用于向所述换热管道模型和所述热构件子模型发送所述物性参数。超临界二氧化碳的物性参数至少包括流体密度、流体流速、粘性系数、导热系数以及定压比热。
本申请实施例中，介质物性模型可以存储有描述流体（超临界二氧化碳）的物理性质的物性参数。当超临界二氧化碳微通道换热器模型进行仿真的过程中可以向换热管道模型和热构件子模型提供预先存储的物性参数，以使超临界二氧化碳微通道换热器模型的仿真过程正常运行。
步骤S103，计算设备基于流动关系式、传热关系式以及两流体六方程构建所述换热管道模型。
本申请实施例中，所述换热管道模型用于模拟所述超临界二氧化碳在所述换热管道模型中的流动换热过程。
作为一种可选的实施方式，步骤S103基于流动关系式、传热关系式以及两流体六方程构建所述换热管道模型可以包括以下步骤：
基于所述流动关系式对所述物性参数进行计算，得到所述换热管道模型的壁面摩擦压降；
基于所述传热关系式对所述物性参数进行计算，得到所述换热管道模型的壁面传递热量；
基于所述两流体六方程对所述壁面摩擦压降、所述壁面传递热量进行计算，得到所述换热管道模型的换热量。
其中，实施这种实施方式，可以利用两流体六方程对流动关系式和传热关系式计算得到的壁面摩擦压降和壁面传递热量进行计算，得到换热管道模型的换热量，提升换热量计算的准确性。
可选的，基于所述流动关系式对所述物性参数进行计算，得到所述换热管道模型的壁面摩擦压降的过程可以包括以下步骤：
获取所述换热管道模型的管道直径；
基于所述管道直径、所述流体密度、所述流体流速以及所述粘性系数，计算得到雷诺数；
获取与所述雷诺数对应的流动关系式；
基于所述流动关系式对所述雷诺数进行计算，得到所述换热管道模型的壁面摩擦压降。
其中，实施这种实施方式，可以根据换热管道模型的管道直径以及超临界二氧化碳的物性参数，计算得到雷诺数，并且可以确定出于雷诺数匹配的流动关系式，进而基于得到的流动关系式对雷诺数进行计算，得到换热管道模型的壁面摩擦压降，提升了换热管道模型的壁面摩擦压降计算的准确性。
本申请实施例中，雷诺数Re的计算公式可以为：
Re=ρvd/μ
其中，ρ为流体密度，v为流体流速，μ为粘性系数，d为管道直径。
以及，沿程阻力系数的计算公式可以为：
可选的，基于所述传热关系式对所述物性参数进行计算，得到所述换热管道模型的壁面传递热量的过程可以包括以下步骤：
基于所述粘性系数、所述导热系数以及所述定压比热，计算得到普朗特数；
基于所述传热关系式对所述普朗特数、所述雷诺数以及预设参数进行计算，得到所述换热管道模型的壁面传递热量。
其中，实施这种实施方式，可以根据超临界二氧化碳的物性参数中的粘性系数、导热系数以及定压比热，计算得到普朗特数，并且可以基于传热关系式以对普朗特数、雷诺数以及预设参数进行计算，得到换热管道模型的壁面传递热量，从而提升换热管道模型的壁面传递热量的计算的准确性。
本申请实施例中，普朗特数Pr的计算公式可以为：
其中，Cp为定压比热，μ为粘性系数，λ为导热系数。
以及，壁面传递热量的计算公式可以为：
其中，换热管道模型为冷板类型时，n=0.4；换热管道模型为热板类型时，n=0.3。C为经验常数，一般取0.023。
以及，两流体六方程包括气液质量守恒方程、气液能量守恒方程、气液动量守恒方程以及不可凝气体。
具体的，气液质量守恒方程可以为：
气液能量守恒方程可以为：
气液动量守恒方程可以为：
不可凝气体的方程可以为：
其中，k代表气体g或者液体l；i表示界面；表示气液相体积百分比；/>表示密度；/>表示面积，控制体体积与长度之比；t表示时间；z表示表示z方向长度，即轴向长度；P可以表示压力；/>表示速度；/>表示界面物质交换量；/>表示比内能；/>表示压力；/>表示壁面传递热量；/>表示界面传递热量；/>表示界面物质交换量；/>表示壁面物质交换量；表示能量耗散；/>表示壁面摩擦力；/>表示界面摩力；/>表示外力场的作用。
由于超临界二氧化碳换热器模型只涉及二氧化碳介质在超临界状态下的流动换热过程，不存在二氧化碳的两相状态，因此本申请中的两流体六方程只考虑壁面摩擦、壁面传热等源项的影响，进而可以通过两流体六方程得到换热管道模型的换热量。
步骤S104，计算设备基于壁面导热函数构建所述热构件子模型。
本申请实施例中，所述热构件子模型用于模拟换热管道模型中流动的所述超临界二氧化碳与所述换热管道模型的壁面的换热过程。
本申请实施例中，壁面导热函数可以为：
其中，λ为导热系数，为换热管一侧流体的对流换热系数，/>为换热管另一侧流体的对流换热系数，/>为换热管一侧流体的温度，/>为换热管另一侧流体的温度，/>为换热器管一侧的管道壁面温度，/>为换热管另一侧的管道壁面温度，/>为热构件子模型的厚度的一半。
步骤S105，计算设备基于所述拓扑结构将所述介质物性模型、所述接口模型以及多个换热模型进行耦合，得到超临界二氧化碳微通道换热器模型。
图2为本申请一实施例提供的一种换热模型的结构示意图；其中，热工质从换热模型中的热板类型的换热管道模型中通过，冷工质从换热模型中的冷板类型的换热管道模型中通过。超临界二氧化碳微通道换热器模型中存在多个相连的换热模型。
图3为本申请一实施例提供的一种换热管道模型的结构示意图；其中，换热管道模型的管道入口和管道出口均为流体接口。管道中的流体从管道入口进入换热管道模型中，并从管道出口流出换热管道模型。换热管道模型上还设置有换热接口，换热管道模型可通过该换热接口与热构件子模型连接。
图4为本申请一实施例提供的一种热构件子模型的导热示意图；其中，为左侧换热管道模型的管道对流换热系数，/>为右侧换热管道模型的管道对流换热系数，/>为左侧换热管道模型的管道内流体的温度，/>为右侧换热管道模型的管道内流体的温度，/>为左侧换热管道模型的管道壁面温度，/>为右侧换热管道模型的管道壁面温度，/>为热构件子模型的厚度的一半，/>表示左侧换热管道模型的管道当量外径，/>代表右侧换热管道模型的管道当量外径。
图5为本申请一实施例提供的一种超临界二氧化碳微通道换热器模型的示意图；其中包括两个换热管道模型，一个为高温流道，另一个为低温流道，此外，还包括热构件子模型（板式热构件），高温流道的高温流体入口a1和高温流体出口b1均为流体入口，高温流道通过换热接口c1与板式热构件连接；低温流道的低温流体入口a2和低温流体出口b2均为流体入口，低温流道通过换热接口c2与板式热构件连接。
作为一种可选的实施方式，在步骤S105之后，还可以执行以下步骤：
将所述超临界二氧化碳微通道换热器模型与预先构建的流量入口组件、管道模型组件以及压力出口组件进行耦合，得到超临界二氧化碳微通道换热器仿真系统；
确定所述换热模型的模型数量；
基于所述模型数量和所述换热管道模型的换热量，计算得到所述超临界二氧化碳微通道换热器的总换热量；
控制所述超临界二氧化碳微通道换热器仿真系统基于所述总换热量以及所述流量入口组件的入口参数进行仿真，得到所述压力出口组件处的出口仿真结果。
其中，实施这种实施方式，可以基于超临界二氧化碳微通道换热器模型构建超临界二氧化碳微通道换热器仿真系统，仿真系统可以基于得到的超临界二氧化碳微通道换热器模型的总换热量量对仿真系统的压力出口组件处的出口参数进行仿真，得到出口仿真结果，从而使得仿真结果更加全面。
图6为本申请一实施例提供的一种超临界二氧化碳微通道换热器仿真系统的示意图；其中，A为超临界二氧化碳微通道换热器模型，B1为冷板类型的换热器子模型的流量入口组件，冷板类型的换热器子模型的管道模型组件可以包括C1（冷板类型的换热器子模型的入口连腔）、D1（冷板类型的换热器子模型的入口阀门）、E1（冷板类型的换热器子模型的出口阀门）以及E1（冷板类型的换热器子模型的出口连腔），G1为冷板类型的换热器子模型的压力出口组件；B2为热板类型的换热器子模型的流量入口组件，热板类型的换热器子模型的管道模型组件可以包括C2（热板类型的换热器子模型的入口连腔）、D2（热板类型的换热器子模型的入口阀门）、E2（热板类型的换热器子模型的出口阀门）以及E2（热板类型的换热器子模型的出口连腔），G2为热板类型的换热器子模型的压力出口组件。
举例来说，可以对得到的超临界二氧化碳微通道换热器仿真系统进行仿真，仿真过程中的参数可以设置为：冷板类型和热板类型的换热器子模型流经的工质均为超临界二氧化碳，冷板类型和热板类型的换热器子模型的换热面积均为250㎡，冷板类型和热板类型的换热器子模型的流通面积均为0.25㎡。工况参数和仿真结果可见表1：
表1
通过得到的仿真结果能够方便地分析超临界二氧化碳微通道换热器模型的综合性能，基于得到的超临界二氧化碳微通道换热器模型的仿真结果可以对实际的超临界二氧化碳微通道换热器进行合理的改进，从而提升超临界二氧化碳微通道换热器的精细度和性能。
实施上述的步骤S101~步骤S105，能够满足对超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统中微通道换热器的仿真分析的需求。此外，本申请还可以提升换热量计算的准确性、提升换热管道模型的壁面摩擦压降计算的准确性、以及提升换热管道模型的壁面传递热量的计算的准确性。并且还可以使得仿真结果更加全面。
在介绍了本申请示例性实施方式的方法之后，接下来，参考图7对本申请示例性实施方式的一种超临界二氧化碳微通道换热器的建模装置进行说明，该装置包括确定单元701、第一构建单元702、第二构建单元703、第三构建单元704以及耦合单元705：
确定单元701可用于确定超临界二氧化碳微通道换热器的拓扑结构；其中，所述拓扑结构包括介质物性模型、接口模型以及多个换热模型；每个所述换热模型中包含换热管道模型和热构件子模型；所述接口模型中包含流体接口和换热接口；所述换热管道模型和所述热构件子模型通过所述换热接口连接；相邻的换热模型之间通过所述流体接口连接；
第一构建单元702可用于基于超临界二氧化碳的物性参数构建所述介质物性模型；所述介质物性模型用于向所述换热管道模型和所述热构件子模型发送所述物性参数；
第二构建单元703可用于基于流动关系式、传热关系式以及两流体六方程构建所述换热管道模型；其中，所述换热管道模型用于模拟所述超临界二氧化碳在所述换热管道模型中的流动换热过程；
第三构建单元704可用于基于壁面导热函数构建所述热构件子模型；其中，所述热构件子模型用于模拟换热管道模型中流动的所述超临界二氧化碳与所述换热管道模型的壁面的换热过程；
耦合单元705可用于基于所述拓扑结构将所述介质物性模型、所述接口模型以及多个换热模型进行耦合，得到超临界二氧化碳微通道换热器模型。
本申请实施例中，超临界二氧化碳的物性参数至少包括流体密度、流体流速、粘性系数、导热系数以及定压比热。
作为一种可选的实施方式，换热管道模型模拟所述超临界二氧化碳在所述换热管道模型中的流动换热过程可以包括以下步骤：
基于所述流动关系式对所述物性参数进行计算，得到所述换热管道模型的壁面摩擦压降；
基于所述传热关系式对所述物性参数进行计算，得到所述换热管道模型的壁面传递热量；
基于所述两流体六方程对所述壁面摩擦压降、所述壁面传递热量进行计算，得到所述换热管道模型的换热量。
其中，实施这种实施方式，可以利用两流体六方程对流动关系式和传热关系式计算得到的壁面摩擦压降和壁面传递热量进行计算，得到换热管道模型的换热量，提升换热量计算的准确性。
作为一种可选的实施方式，换热管道模型基于所述流动关系式对所述物性参数进行计算，得到所述换热管道模型的壁面摩擦压降的过程可以包括以下步骤：
基于所述流动关系式对所述物性参数进行计算，得到所述换热管道模型的壁面摩擦压降；
基于所述传热关系式对所述物性参数进行计算，得到所述换热管道模型的壁面传递热量；
基于所述两流体六方程对所述壁面摩擦压降、所述壁面传递热量进行计算，得到所述换热管道模型的换热量。
其中，实施这种实施方式，可以根据换热管道模型的管道直径以及超临界二氧化碳的物性参数，计算得到雷诺数，并且可以确定出于雷诺数匹配的流动关系式，进而基于得到的流动关系式对雷诺数进行计算，得到换热管道模型的壁面摩擦压降，提升了换热管道模型的壁面摩擦压降计算的准确性。
作为一种可选的实施方式，换热管道模型基于所述传热关系式对所述物性参数进行计算，得到所述换热管道模型的壁面传递热量的过程可以包括以下步骤：
基于所述流动关系式对所述物性参数进行计算，得到所述换热管道模型的壁面摩擦压降；
基于所述传热关系式对所述物性参数进行计算，得到所述换热管道模型的壁面传递热量；
基于所述两流体六方程对所述壁面摩擦压降、所述壁面传递热量进行计算，得到所述换热管道模型的换热量。
其中，实施这种实施方式，可以根据超临界二氧化碳的物性参数中的粘性系数、导热系数以及定压比热，计算得到普朗特数，并且可以基于传热关系式以对普朗特数、雷诺数以及预设参数进行计算，得到换热管道模型的壁面传递热量，从而提升换热管道模型的壁面传递热量的计算的准确性。
作为一种可选的实施方式，耦合单元705还可以用于：
将所述超临界二氧化碳微通道换热器模型与预先构建的流量入口组件、管道模型组件以及压力出口组件进行耦合，得到超临界二氧化碳微通道换热器仿真系统；
确定所述换热模型的模型数量；
基于所述模型数量和所述换热管道模型的换热量，计算得到所述超临界二氧化碳微通道换热器的总换热量；
控制所述超临界二氧化碳微通道换热器仿真系统基于所述总换热量以及所述流量入口组件的入口参数进行仿真，得到所述压力出口组件处的出口仿真结果。
其中，实施这种实施方式，可以基于超临界二氧化碳微通道换热器模型构建超临界二氧化碳微通道换热器仿真系统，并且可以基于得到的超临界二氧化碳微通道换热器模型的总换热量，以使仿真系统基于得到的总换热量对仿真系统的压力出口组件处的出口参数进行仿真，得到出口仿真结果，从而使得仿真结果更加全面性。
实施上述实施方式，能够满足对超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统中微通道换热器的仿真分析的需求。此外，本申请还可以提升换热量计算的准确性。此外，本申请还可以提升换热管道模型的壁面摩擦压降计算的准确性。此外，本申请还可以提升换热管道模型的壁面传递热量的计算的准确性。此外，本申请还可以使得仿真结果更加全面性。
在介绍了本申请示例性实施方式的方法和装置之后，接下来，参考图8对本申请示例性实施方式的计算机可读存储介质进行说明，请参考图8，其示出的计算机可读存储介质为光盘80，其上存储有计算机程序（即程序产品），所述计算机程序在被处理器运行时，会实现上述方法实施方式中所记载的各步骤，例如，确定所述超临界二氧化碳微通道换热器的拓扑结构；其中，所述拓扑结构包括介质物性模型、接口模型以及多个换热模型；每个所述换热模型中包含换热管道模型和热构件子模型；所述接口模型中包含流体接口和换热接口；所述换热管道模型和所述热构件子模型通过所述换热接口连接；相邻的换热模型之间通过所述流体接口连接；基于超临界二氧化碳的物性参数构建所述介质物性模型；所述介质物性模型用于向所述换热管道模型和所述热构件子模型发送所述物性参数；基于流动关系式、传热关系式以及两流体六方程构建所述换热管道模型；其中，所述换热管道模型用于模拟所述超临界二氧化碳在所述换热管道模型中的流动换热过程；基于壁面导热函数构建所述热构件子模型；其中，所述热构件子模型用于模拟换热管道模型中流动的所述超临界二氧化碳与所述换热管道模型的壁面的换热过程；基于所述拓扑结构将所述介质物性模型、所述接口模型以及多个换热模型进行耦合，得到超临界二氧化碳微通道换热器模型；各步骤的具体实现方式在此不再重复说明。
需要说明的是，所述计算机可读存储介质的例子还可以包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他光学、磁性存储介质，在此不再一一赘述。
在介绍了本申请示例性实施方式的方法、装置和介质之后，接下来，参考图9对本申请示例性实施方式的用于模型处理的计算设备。
图9示出了适于用来实现本申请实施方式的示例性计算设备90的框图，该计算设备90可以是计算机系统或服务器。图9显示的计算设备90仅仅是一个示例，不应对本申请实施例的功能和使用范围带来任何限制。
如图9所示，计算设备90的组件可以包括但不限于：一个或者多个处理器或者处理单元901，系统存储器902，连接不同系统组件（包括系统存储器902和处理单元901）的总线903。
计算设备90典型地包括多种计算机系统可读介质。这些介质可以是任何能够被计算设备90访问的可用介质，包括易失性和非易失性介质，可移动的和不可移动的介质。
系统存储器902可以包括易失性存储器形式的计算机系统可读介质，例如随机存取存储器（RAM）9021和/或高速缓存存储器9022。计算设备90可以进一步包括其它可移动/不可移动的、易失性/非易失性计算机系统存储介质。仅作为举例，ROM9023可以用于读写不可移动的、非易失性磁介质（图9中未显示，通常称为“硬盘驱动器”）。尽管未在图9中示出，可以提供用于对可移动非易失性磁盘（例如“软盘”）读写的磁盘驱动器，以及对可移动非易失性光盘（例如CD-ROM，DVD-ROM或者其它光介质）读写的光盘驱动器。在这些情况下，每个驱动器可以通过一个或者多个数据介质接口与连接不同系统组件的总线903相连。系统存储器902中可以包括至少一个程序产品，该程序产品具有一组（例如至少一个）程序模块，这些程序模块被配置以执行本申请各实施例的功能。
具有一组（至少一个）程序模块9024的程序/实用工具9025，可以存储在例如系统存储器902中，且这样的程序模块9024包括但不限于：操作系统、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。程序模块9024通常执行本申请所描述的实施例中的功能和/或方法。
计算设备90也可以与一个或多个外部设备904（如键盘、指向设备、显示器等）通信。这种通信可以通过输入/输出（I/O）接口905进行。并且，计算设备90还可以通过网络适配器906与一个或者多个网络（例如局域网（LAN），广域网（WAN）和/或公共网络，例如因特网）通信。如图9所示，网络适配器906通过连接不同系统组件的总线903与计算设备90的其它模块（如处理单元901等）通信。应当明白，尽管图9中未示出，可以结合计算设备90使用其它硬件和/或软件模块。
处理单元901通过运行存储在系统存储器902中的程序，从而执行各种功能应用以及数据处理，例如，确定所述超临界二氧化碳微通道换热器的拓扑结构；其中，所述拓扑结构包括介质物性模型、接口模型以及多个换热模型；每个所述换热模型中包含换热管道模型和热构件子模型；所述接口模型中包含流体接口和换热接口；所述换热管道模型和所述热构件子模型通过所述换热接口连接；相邻的换热模型之间通过所述流体接口连接；基于超临界二氧化碳的物性参数构建所述介质物性模型；所述介质物性模型用于向所述换热管道模型和所述热构件子模型发送所述物性参数；基于流动关系式、传热关系式以及两流体六方程构建所述换热管道模型；其中，所述换热管道模型用于模拟所述超临界二氧化碳在所述换热管道模型中的流动换热过程；基于壁面导热函数构建所述热构件子模型；其中，所述热构件子模型用于模拟换热管道模型中流动的所述超临界二氧化碳与所述换热管道模型的壁面的换热过程；基于所述拓扑结构将所述介质物性模型、所述接口模型以及多个换热模型进行耦合，得到超临界二氧化碳微通道换热器模型。各步骤的具体实现方式在此不再重复说明。应当注意，尽管在上文详细描述中提及了超临界二氧化碳微通道换热器的建模装置的若干单元/模块或子单元/子模块，但是这种划分仅仅是示例性的并非强制性的。实际上，根据本申请的实施方式，上文描述的两个或更多单元/模块的特征和功能可以在一个单元/模块中具体化。反之，上文描述的一个单元/模块的特征和功能可以进一步划分为由多个单元/模块来具体化。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个处理器可执行的非易失的计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本申请的具体实施方式，用以说明本申请的技术方案，而非对其限制，本申请的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
此外，尽管在附图中以特定顺序描述了本申请方法的操作，但是，这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些操作，或是必须执行全部所示的操作才能实现期望的结果。附加地或备选地，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，和/或将一个步骤分解为多个步骤执行。
Claims (10)
1.一种超临界二氧化碳微通道换热器的建模方法，其特征在于，所述方法包括：
确定超临界二氧化碳微通道换热器的拓扑结构；其中，所述拓扑结构包括介质物性模型、接口模型以及多个换热模型；每个所述换热模型中包含换热管道模型和热构件子模型；所述接口模型中包含流体接口和换热接口；所述换热管道模型和所述热构件子模型通过所述换热接口连接；相邻的换热模型之间通过所述流体接口连接；
基于超临界二氧化碳的物性参数构建所述介质物性模型；所述介质物性模型用于向所述换热管道模型和所述热构件子模型发送所述物性参数；
基于流动关系式、传热关系式以及两流体六方程构建所述换热管道模型；其中，所述换热管道模型用于模拟所述超临界二氧化碳在所述换热管道模型中的流动换热过程；
基于壁面导热函数构建所述热构件子模型；其中，所述热构件子模型用于模拟换热管道模型中流动的所述超临界二氧化碳与所述换热管道模型的壁面的换热过程；
基于所述拓扑结构将所述介质物性模型、所述接口模型以及多个换热模型进行耦合，得到超临界二氧化碳微通道换热器模型。
2.如权利要求1所述的超临界二氧化碳微通道换热器的建模方法，其特征在于，所述超临界二氧化碳的物性参数至少包括流体密度、流体流速、粘性系数、导热系数以及定压比热。
3.如权利要求2所述的超临界二氧化碳微通道换热器的建模方法，其特征在于，所述换热管道模型模拟所述超临界二氧化碳在所述换热管道模型中的流动换热过程包括以下步骤：
基于所述流动关系式对所述物性参数进行计算，得到所述换热管道模型的壁面摩擦压降；
基于所述传热关系式对所述物性参数进行计算，得到所述换热管道模型的壁面传递热量；
基于所述两流体六方程对所述壁面摩擦压降、所述壁面传递热量进行计算，得到所述换热管道模型的换热量。
4.如权利要求3所述的超临界二氧化碳微通道换热器的建模方法，其特征在于，所述基于所述流动关系式对所述物性参数进行计算，得到所述换热管道模型的壁面摩擦压降的过程包括以下步骤：
获取所述换热管道模型的管道直径；
基于所述管道直径、所述流体密度、所述流体流速以及所述粘性系数，计算得到雷诺数；
获取与所述雷诺数对应的流动关系式；
基于所述流动关系式对所述雷诺数进行计算，得到所述换热管道模型的壁面摩擦压降。
5.如权利要求4所述的超临界二氧化碳微通道换热器的建模方法，其特征在于，所述基于所述传热关系式对所述物性参数进行计算，得到所述换热管道模型的壁面传递热量的过程包括以下步骤：
基于所述粘性系数、所述导热系数以及所述定压比热，计算得到普朗特数；
基于所述传热关系式对所述普朗特数、所述雷诺数以及预设参数进行计算，得到所述换热管道模型的壁面传递热量。
6.如权利要求3所述的超临界二氧化碳微通道换热器的建模方法，其特征在于，在所述基于所述拓扑结构将所述介质物性模型、所述接口模型以及多个换热模型进行耦合，得到超临界二氧化碳微通道换热器模型之后，所述方法还包括：
将所述超临界二氧化碳微通道换热器模型与预先构建的流量入口组件、管道模型组件以及压力出口组件进行耦合，得到超临界二氧化碳微通道换热器仿真系统。
7.如权利要求6所述的超临界二氧化碳微通道换热器的建模方法，其特征在于，在所述将所述超临界二氧化碳微通道换热器模型与预先构建的流量入口组件、管道模型组件以及压力出口组件进行耦合，得到超临界二氧化碳微通道换热器仿真系统之后，所述方法还包括：
确定所述换热模型的模型数量；
基于所述模型数量和所述换热管道模型的换热量，计算得到所述超临界二氧化碳微通道换热器的总换热量；
控制所述超临界二氧化碳微通道换热器仿真系统基于所述总换热量以及所述流量入口组件的入口参数进行仿真，得到所述压力出口组件处的出口仿真结果。
8.一种超临界二氧化碳微通道换热器的建模装置，其特征在于，所述装置包括：
确定单元，用于确定超临界二氧化碳微通道换热器的拓扑结构；其中，所述拓扑结构包括介质物性模型、接口模型以及多个换热模型；每个所述换热模型中包含换热管道模型和热构件子模型；所述接口模型中包含流体接口和换热接口；所述换热管道模型和所述热构件子模型通过所述换热接口连接；相邻的换热模型之间通过所述流体接口连接；
第一构建单元，用于基于超临界二氧化碳的物性参数构建所述介质物性模型；所述介质物性模型用于向所述换热管道模型和所述热构件子模型发送所述物性参数；
第二构建单元，用于基于流动关系式、传热关系式以及两流体六方程构建所述换热管道模型；其中，所述换热管道模型用于模拟所述超临界二氧化碳在所述换热管道模型中的流动换热过程；
第三构建单元，用于基于壁面导热函数构建所述热构件子模型；其中，所述热构件子模型用于模拟换热管道模型中流动的所述超临界二氧化碳与所述换热管道模型的壁面的换热过程；
耦合单元，用于基于所述拓扑结构将所述介质物性模型、所述接口模型以及多个换热模型进行耦合，得到超临界二氧化碳微通道换热器模型。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其包括指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行如权利要求1~7中的任一项所述的超临界二氧化碳微通道换热器的建模方法。
10.一种计算设备，其特征在于，所述计算设备包括：
至少一个处理器、存储器和输入输出单元；
其中，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于调用所述存储器中存储的计算机程序来执行如权利要求1~7中任一项所述的超临界二氧化碳微通道换热器的建模方法。
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