本发明专利技术公开了一种应用于船舶核动力装置仿真中的母管模拟方法及系统，应用于母管仿真技术领域，具体地，根据仿真对象系统的特点，将实际工艺系统转化管网模型仿真图，并根据仿真对象实际的结构，选定管网系统与外部系统的边界、管网系统与母管模型的边界；根据所属仿真图绘制，将管网边界的压力数据、流量数据与互扰控制体模型进行交互；根据母管隔离阀门的状态，确定互扰控制体的解耦与耦合状态；利用传递的边界数据计算母管的热工参数，并向管网模型反馈热力学参数计算结果。本发明专利技术在母管联通状态下，能够模拟出母管内压力、温度(焓值)的均匀分布特性；母管隔离的状态下，能够模拟出母管隔离阀两侧压力、温度(焓值)相对独立的特性。性。性。
【技术实现步骤摘要】
一种船舶核动力管网仿真中的母管模拟方法及系统
[0001]本专利技术涉及母管仿真
，更具体的说是涉及一种应用于船舶核动力管网仿真中的母管模拟方法及系统。
技术介绍
[0002]船舶核动力装置与陆上核电站不同，其左右舷侧常不对称运行，或隔离一侧运行。在给水系统中，由两舷侧凝水经给水泵升压后，汇集到母管中进行分配，再送入两侧的蒸汽发生器中。蒸汽系统也有类似的母管。母管的内径较大、容积惯性较强，中间设置隔离阀门，在联通状态下、左右舷不对称运行时体现出统一的压力与温度特性。采用传统的管网模型进行模拟时，若采取两个控制体中间连接阻力较小的流线这种方式进行模拟，两侧控制体为独立的计算个体，计算过程中不能联通状态保证压力、温度的同一性；若采取一个控制体进行模拟，虽能较好的反馈热工参数的同一性，但不能模拟隔离过程。
[0003]随着我国海洋力量的进步，仿真工作在船舶动力装置的设计中已经深度介入。目前对船舶核动力装置热力系统的建模仍采用与陆上火电、核电仿真模型相一致的手段。但陆上装置与船舶动力装置差异巨大，工况变化少、不会出现非对称运行的状态；无论采用传统建模方法中的哪一种对含有母管的工艺系统进行建模，都会导致难以模拟全部的运行工况，不能对设计工况进行全面准确的预测。在当前建模方法中，控制体不可动态拆分、不能动态合并，导致了母管模拟十分困难。通过CFD方法计算的母管模型虽然准确、可靠，但计算耗时巨大，不能够同实时仿真的一维管网模型进行快速连接与耦合，也不能完成实时仿真的任务。在这种情况下，模型的复现能力尚显不足，更遑论准确的预测能力，仅能应用于有限的培训仿真中，在设计、评估阶段的仿真结果缺乏可信性和说服力。
[0004]因此，如何提供一种仿真全面准确的应用于船舶核动力管网仿真中的母管模拟方法及系统是本领域技术人员亟需解决的问题。
技术实现思路
[0005]有鉴于此，本专利技术提供了一种应用于船舶核动力管网仿真中的母管模拟方法及系统。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]一种应用于船舶核动力管网仿真中的母管模拟方法，具体步骤包括：
[0008]绘制仿真图：根据仿真对象系统的特点，将实际工艺系统转化为以控制体、连接线和管网模型的仿真图，并根据仿真对象实际的结构，选定管网系统与外部系统的边界、管网系统与母管模型的边界；
[0009]参数传递：根据所属仿真图绘制，利用预设的管网模型与母管模型间的数据传递规则将管网边界的压力数据、流量数据与互扰控制体模型进行交互；
[0010]计算：根据母管隔离阀门的状态，确定互扰控制体的解耦与耦合状态；利用传递的边界数据计算母管的热工参数，并向管网模型反馈热力学参数计算结果。
[0011]可选的，在上述的一种应用于船舶核动力管网仿真中的母管模拟方法中，所述绘制仿真图具体步骤如下：
[0012]在预设位置设置控制体，在母管位置放置互扰控制体模型图标，模拟母管；
[0013]对其他各控制体进行连接，按流动方向顺序使用连接线将控制体串联；
[0014]根据管网与外界的流入与流出状态、传质与传热过程选择管网外部边界，边界类型为压力边界、流量边界、热量边界或温度边界；
[0015]进一步，在管网模型中对母管预留合适的边界：
[0016]a.自管网中流入母管的管线：将母管视作压力边界；管网向母管内传递工质流量、工质焓，接收母管反馈的母管压力、母管工质焓；
[0017]b.自母管流入管网中的管线：将母管视作流量边界；管网向母管内传递工质的压力、工质焓，接收母管反馈的工质流量和母管工质焓；
[0018]c.母管与工艺系统的其他管道间仅为传质与传热，不存在不传质而进行的传热现象。因此不设置温度边界与热量边界。
[0019]根据母管与管网间的流动方向和流动状态，设置管网模型与互扰控制体模型间的边界；使用连接线将管网的节点与边界、边界与互扰控制体间进行连接，完成仿真图的绘制。
[0020]具体地，设置互扰控制体模型，并与管网模型中的边界相连接：
[0021]a.以一对互扰控制体模拟母管，并设置于仿真图形中的相关位置，在互扰控制体中部设置隔离阀；
[0022]b.互扰控制体作为边界与管网模型的边界进行连接。母管模型反馈给管网的压力、焓值与流量，取自管网连接的对应互扰控制体的计算结果，互扰控制体作为一个整体接收管网模型传入的数据；
[0023]c.连接互扰控制体的时间步长变量与管网模型的时间步长变量。
[0024]可选的，在上述的一种应用于船舶核动力管网仿真中的母管模拟方法中，参数传递步骤包括如下：
[0025]管网的压力边界：管网与管网的压力边界之间参数传递按管网模型计算方法进行；管网边界向母管的互扰控制体模型传递流动的流量与方向、流入母管的焓值，互扰控制体模型反馈母管的压力、流出的焓值；
[0026]管网的流量边界：管网与管网的流量边界之间参数传递按管网模型计算方法进行；管网边界向母管的互扰控制体模型传递流动下游的压力、流入母管的焓值，互扰控制体模型反馈母管的流动流量及流动方向、流出母管的焓值。
[0027]具体地，管网模型向互扰控制体模型传递边界参数：
[0028]a.在第一次计算前，管网模型的压力边界与流量边界需要赋边界初值，边界初值为建模人员给定，不是互扰控制体的计算结果；
[0029]b.在第二次及以后的计算中，管网模型的压力边界与流量边界取用互扰控制体上一次的计算结果，并向前推进时间步长；
[0030]c.互扰控制体内每次热工参数的计算，即采用管网模型第一次计算结果的输出，不设置边界初值；
[0031]d.时间步长每一步进行一次传递，在管网模型改变时间步长时，互扰控制体的计
算模型在同一次计算中变更时间步长，跟随管网模型的计算。
[0032]可选的，在上述的一种应用于船舶核动力管网仿真中的母管模拟方法中，计算步骤如下：
[0033]当母管隔离阀全开，或阀门位置并未影响到流通截面时，处于耦合状态，利用整体质量守恒的方式计算内的压力、焓值，同时根据个体与整体的一致性计算流量；
[0034]当母管隔离阀处于影响流通截面以后，或是完全关闭时，处于解耦状态，利用动量守恒方程依靠间的压差计算流量、利用每个自身的质量守恒方程计算每个的压力和焓值。
[0035]具体地，互扰控制体模型判断所处耦合状态与解耦状态：
[0036]a.互扰控制体在母管隔离阀全开时处于耦合状态，耦合状态下互扰控制体成为一个整体，与管网模型中的单个控制体计算方法相同；
[0037]b.互扰控制体在母管隔离阀全关时处于解耦状态，解耦状态下互扰控制体是两个相互独立的个体，与管网模型中的两个控制体计算方法相同；
[0038]c.当隔离阀门处于非全开与非全关状态时，需要根据阀门特性判断互扰控制体状态。当阀门未对流通截面产生影响时，认为互扰控制体处于耦合状态；当阀门已经对流通截本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种应用于船舶核动力管网仿真中的母管模拟方法，其特征在于，具体步骤包括：绘制仿真图：根据仿真对象系统的特点，将实际工艺系统转化为以控制体、连接线和管网模型的仿真图，并根据仿真对象实际的结构，选定管网系统与外部系统的边界、管网系统与母管模型的边界；参数传递：根据所属仿真图绘制，利用预设的管网模型与母管模型间的数据传递规则将管网边界的压力数据、流量数据与互扰控制体模型进行交互；计算：根据母管隔离阀门的状态，确定互扰控制体的解耦与耦合状态；利用传递的边界数据计算母管的热工参数，并向管网模型反馈热力学参数计算结果。2.根据权利要求1所述的一种应用于船舶核动力管网仿真中的母管模拟方法，其特征在于，所述绘制仿真图具体步骤如下：在预设位置设置控制体，在母管位置放置互扰控制体模型图标，模拟母管；对其他各控制体间进行连接，按流动方向顺序使用连接线将控制体串联；根据管网与外界的流入与流出状态、传质与传热过程选择管网外部边界，边界类型为压力边界、流量边界、热量边界或温度边界；根据母管与管网间的流动方向和流动状态，设置管网模型与互扰控制体模型间的边界；使用连接线将管网的节点与边界、边界与互扰控制体间进行连接，完成仿真图的绘制。3.根据权利要求1所述的一种应用于船舶核动力管网仿真中的母管模拟方法，其特征在于，参数传递步骤包括如下：管网的压力边界：管网与管网的压力边界之间参数传递按管网模型计算方法进行；管网边界向母管的互扰控制体模型传递流动的流量与方向、流入母管的焓值，互扰控制体模型反馈母管的压力、流出的焓值；管网的流量边界：管网与管网的流量边界之间参数传递按管网模型计算方法进行；管网边界向母管的互扰控制体模型传递流动下游的压力、流入母管的焓值，互扰控制体模型反馈母管的流动流量及流动方向、流出母管的焓值。4.根据权利要求1所述的一种应用于船舶核动力管网仿真中的母管模拟方法，其特征在于，计算步骤如下：当母管隔离阀全开，或阀门位置并未影响到流通截面时，互扰控制体处于耦合状态，利用整体质量守恒的方式计算互扰控制体内的压力、焓值，同时根据互扰控制体个体与整体的一致性计算流量；当母管隔离阀处于影响流通截面以后，或是完全关闭时，互扰控制体处于解耦状态，利用动量守恒方程依靠互扰控制体间的压差计算流量、利用每个互扰控制体自身的质量守恒方程计算每个互扰控制体的压力和焓值。5.一种应用于船舶核动力管网仿...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙觊琳，张博文，于雷，成守宇，彭敏俊，夏庚磊，薛若军，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：
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