[发明专利]一种电站凝汽器壳侧和管侧动态耦合数学模型及建模方法

说明书

本发明涉及一种电站凝汽器壳侧和管侧动态耦合数学模型及其建模方法，包括以下步骤：步骤1，建立冷却管两侧动态微元传热方程；步骤2，对步骤1所述方程在空间上对循环水温度集总参数化，解析得到两侧温度的动态耦合方程；步骤3，利用步骤2所述方程进一步获得两侧动态传热量计算式；步骤4，在壳侧凝结区建立质量和能量守恒微分方程，并带入步骤3所述传热量，得到两侧温度的另一个动态耦合方程；步骤5，将步骤2、步骤4所述方程及热井水位方程联立，同时求解壳侧饱和温度、压力、管侧循环水出口温度及热井水位；本发明所述建模方法从机理上解决了以往壳管两侧非动态耦合问题，提高了模型的动态精度，也使模型更易于整体求解。

技术领域

本发明涉及一种电站凝汽器壳侧和管侧动态耦合数学模型及建模方法，属于电站数字仿真技术领域。

背景技术

建立电站凝汽器动态数学模型主要目的是获得凝汽器压力随热负荷及循环水扰动的动态变化规律。数学模型主要包括壳侧(汽侧)模型和管侧(循环水侧)模型，两侧数学模型之间由传热方程联系在一起。凝汽器动态过程中，壳侧和管侧均存在蓄放热作用，两侧温度呈动态耦合关系，传热过程也应是动态的。现有建模方法中没有独立的动态传热方程，也无法在方程中隐式表达传热的动态过程，而采用静态传热公式显式计算传热量，这实际上是人为对两侧动态过程解耦，虽简化了数学模型实现，却影响了模型的动态精度。

对于凝汽器壳侧，目前多采用基于理想气体状态方程的建模方法。此方法将壳侧蒸汽近似为理想气体(由此引起的压力计算相对误差约0.5％～1％)，通过联立质量守恒和蒸汽状态方程建立数学模型，其实质是通用压力-流量通道求解壳侧蒸汽分压力。受建模方式限制，模型中直接忽略了壳侧饱和温度的动态项，这在模型形式上降低了两侧动态过程的耦合度。此外，运行中的凝汽器壳侧空间存在一定量的饱和水，其中直接参与动态过程的主要是湿蒸汽携带的饱和水和冷却管表面的凝结水膜。饱和水的动态过程必须从存在温度时变和传热的动态方程中才能合理反映出来，这是在利用蒸汽状态方程建立的数学模型中难以实现的。

发明内容

技术问题：

为从建模机理上解决上述问题，实现壳侧和管侧温度，以及温度与传热量之间的动态耦合，提高壳侧饱和温度及压力计算的动态精度，并在模型中增加考虑壳侧饱和水对两侧温度动态过程的影响，本发明提出了一种电站凝汽器壳侧和管侧动态耦合数学模型及其建模方法。

技术方案：

一种电站凝汽器壳侧和管侧动态耦合数学模型，主要包括：管侧动态数学模型、壳侧动态数学模型和热井水位动态数学模型。

一种电站凝汽器壳侧和管侧动态耦合模型的建模方法，主要包括如下步骤：

步骤1：根据传热学基本原理，结合凝汽器结构及其工作特点，建立冷却管两侧动态微元传热方程；

步骤2：对步骤1所述方程在空间上对循环水温度集总参数化，解析得到壳侧和管侧温度的一个动态耦合方程；

步骤3：利用步骤2所述方程进一步获得两侧动态传热量计算式；

步骤4：在壳侧凝结区建立质量和能量守恒微分方程，并带入步骤3所述传热量，得到两侧温度的另一个动态耦合方程；

步骤5：将步骤2、步骤4所述方程及热井水位方程联立，同时求解壳侧饱和温度(压力)、管侧循环水出口温度及热井水位。

所述步骤1中，具体包括：

步骤1.1：将冷却管壁温度的变动速率等同于壳侧饱和温度的变动速率，根据传热学原理，有如下微元能量守恒方程