【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于动力系统控制，具体涉及li/sf_6金属燃料闭式循环动力系统涡轮机变工况调节方法。
技术介绍
1、近年来，世界各国之间对潜艇和水面舰艇等海军装备的竞赛十分激烈，不断提高潜艇的航速和航深以及水面舰艇的航速，为了适应未来反潜反舰的作战需求，鱼雷的航深、航程和航速等性能指标急需提高。li/sf_6金属燃料闭式循环动力系统便可满足上述需求，但该系统中的螺旋管蒸发器的出口温度难以调控。为了使涡轮机在动力系统变工况的情况下仍能稳定运行，提高动力系统的可靠性，开发一种针对该动力系统涡轮机的变工况控制调节算法是非常必要的。
2、涡轮机是通过高温高压的水蒸气来驱动转子转动的，因此水蒸气的温度直接影响着涡轮机的转速。在li/sf_6金属燃料闭式循环动力系统中，过冷水流经盘附在锅炉反应器上的螺旋管蒸发器，并吸收反应器中li和sf_6化学反应释放的热量，沸腾蒸发为过热水蒸气直接进入涡轮机做功，该系统中涡轮机的转速极高，可达十几万转每分，又考虑到涡轮机的材料及其结构强度，蒸发器出口处过热水蒸气的温度不可过高或过低，温度过高会使涡轮机叶片发生热变形，温度过低时，蒸发器出口处的水蒸气夹杂着液滴，高速喷射的液滴会直接对叶片造成较大冲击。总之，温度过高或过低都会严重影响涡轮机的使用寿命和安全性能。因此，需要对蒸发器出口处过热水蒸气的温度加以稳定控制。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供li/sf_6金属燃料闭式循环动力系统涡轮机变工况调节方法，能够使蒸发器出口处过热水蒸气的温度稳定变
2、本专利技术所采用的技术方案是，li/sf_6金属燃料闭式循环动力系统涡轮机变工况调节方法，循环动力系统将锅炉反应器作为热源对螺旋管蒸发器中的水加热成水蒸气通过喷管喷出推动涡轮机转动，具体为：
3、步骤1、分别输入锅炉反应器、蒸发器、涡轮机的设计参数，以及流体参数；
4、步骤2、根据建模参数建立蒸发器三个相区流体计算数学模型，对数学模型进行网格划分，计算蒸发器出口流体的质量流量、压力和温度tend；
5、步骤3、结合涡轮机参数的计算程序，计算涡轮机基础参数；
6、步骤4、引入闭环控制算法，计算当前时刻的蒸发器入口质量流量和蒸发器出口温度，根据当前时刻蒸发器出口温度进行循环控制。
7、本专利技术的特点还在于：
8、步骤1中锅炉反应器的参数包括热流密度、熔池温度。
9、步骤1中蒸发器的设计参数包括内螺旋管长度、外螺旋管长度、内、外螺旋管道内径、管道高压、初始入口工质质量流量和期望出口工质温度。
10、涡轮机的设计参数包括背压、涡轮计算半径、涡轮转速、叶片截距、涡轮机材料密度，由以下公式计算涡轮机的基本参数：
11、
12、
13、uwl＝ωwlrwl
14、δh＝he-hpg,o
15、
16、η＝2.2uwl/clt
17、
18、kl＝me/ωwl
19、hwl,o＝he-ηδh
20、式中，mwl为涡轮质量估算值，ρwl为涡轮机材料密度，rwl为涡轮计算半径，db为叶片截距，jzh为系统折合转动惯量，uwl为涡轮线速度，ωwl为涡轮角速度，hpg,o为喷管出口比焓，δh为理论可用焓降，clt为喷管出口速度，η为内效率，me为涡轮机输出力矩，kl为负载力矩系数，hwl,o为涡轮机出口比焓。
21、步骤1流体参数包括流体的温度、密度、动力粘度、比焓、比熵、导热系数和普朗特数以及管内流体速度最大值表示为：
22、
23、式中，vmax为管内流体速度最大值(估计值)，为初始入口工质质量流量，ρg,bh为饱和水蒸气的密度，ae为蒸发器的换热面积。
24、步骤2建模参数包括：
25、设置时间步长，计算划分网格最小长度尺寸：
26、l＝2vmaxδt
27、式中，l为网格最小长度尺寸，δt为时间步长，lzf表示蒸发器的长度，由[lzf/l]+1计算总网格数n；
28、计算平均热流密度：
29、
30、式中，为平均热流密度，he为蒸发器出口工质比焓，hi为蒸发器入口工质比焓；
31、已知蒸发器出口压力、质量流量和比焓存在如下关系：
32、
33、式中，k为比例系数；初始蒸发器出口流体的质量流量的公式为式中为蒸发器入口质量流量；
34、在初始化时用系统高压、初始蒸发器入口质量流量初始估计的出口比焓值估算k值。
35、步骤2中具体过程为：首先根据建模参数建立蒸发器的一维模型，该模型的基础假设如下：
36、质在管内为一维流动；
37、忽略压降损失，即不考虑动量方程；
38、忽略动能的改变；
39、工质和换热壁面之间仅存在径向导热，忽略工质和管壁的轴向导热；
40、忽略中立场的影响；
41、相变流体两相之间处于热力学平衡状态；
42、液相饱和焓与气相饱和焓作为边界判断条件进行相区划分，当蒸发器中的流体的焓值小于液相饱和焓时，流体处在液相区；当流体的焓值大于液相饱和焓且小于气相饱和焓时，流体处在两相区；当流体的焓值大于气相饱和焓时，流体处在气相区；
43、将蒸发器沿轴线一维展开，根据液相区两相区和气相区三个相区划分成n个网格，每个网格作为一个控制体；
44、在对网格中心点坐标的循环计算过程中添加上述判断条件，即可得到液相区长度ll和两相区长度le，气相区长度lg＝lzf-ll-le；循环计算过程如下：第一个网格中心点坐标为(1,0.5l),则第二个网格中心点坐标为(1,l+0.5l)，以此类推，第j个网格中心点坐标为(1,(j-1)l+0.5l)，其中，j的最大值为n；
45、液相和气相区的nu数由以下公式计算：
46、nu＝0.023ctre0.8pr0.4cr
47、式中，nu为努塞特数，re为雷诺数，pr为普朗特数，ct为温差修正系数，对于液体，对于气体，其中，μf为流体动力粘度，μw为近壁面流体动力粘度，tw为近壁面流体温度，tf为流体温度，cr为蒸发器修正系数，对于液体，对于气体，其中，d为螺旋管蒸发器内径，r为螺旋半径；
48、换热系数由以下公式计算：
49、α＝nuλ/d
50、式中，α为换热系数，λ为导热系数；
51、两相区的换热系数由以下公式计算：
52、
53、
54、式中，kf为pierre沸腾因子，hg,bh为气相饱和焓，hl,bh为液相饱和焓，g为重力加速度；
55、相区的换热量由以下公式计算：
56、q＝αae(tw-tf)
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【技术保护点】
1.Li/SF_6金属燃料闭式循环动力系统涡轮机变工况调节方法，所述循环动力系统将锅炉反应器作为热源对螺旋管蒸发器中的水加热成水蒸气通过喷管喷出推动涡轮机转动，其特征在于，具体为：
2.根据权利要求1所述Li/SF_6金属燃料闭式循环动力系统涡轮机变工况调节方法，其特征在于，步骤1中所述锅炉反应器的参数包括热流密度、熔池温度。
3.根据权利要求1所述Li/SF_6金属燃料闭式循环动力系统涡轮机变工况调节方法，其特征在于，步骤1中所述蒸发器的设计参数包括内螺旋管长度、外螺旋管长度、内、外螺旋管道内径、管道高压、初始入口工质质量流量和期望出口工质温度。
4.根据权利要求1所述Li/SF_6金属燃料闭式循环动力系统涡轮机变工况调节方法，其特征在于，所述涡轮机的设计参数包括背压、涡轮计算半径、涡轮转速、叶片截距、涡轮机材料密度，由以下公式计算涡轮机的基本参数：
5.根据权利要求1所述Li/SF_6金属燃料闭式循环动力系统涡轮机变工况调节方法，其特征在于，步骤1所述流体参数包括流体的温度、密度、动力粘度、比焓、比熵、导热系数和普朗特数以及管内
6.根据权利要求1所述Li/SF_6金属燃料闭式循环动力系统涡轮机变工况调节方法，其特征在于，步骤2所述建模参数包括：
7.根据权利要求6所述Li/SF_6金属燃料闭式循环动力系统涡轮机变工况调节方法，其特征在于，步骤2中具体过程为：首先根据建模参数建立蒸发器的一维模型，该模型的基础假设如下：
8.根据权利要求7所述Li/SF_6金属燃料闭式循环动力系统涡轮机变工况调节方法，其特征在于，步骤3具体过程为：
9.根据权利要求8所述Li/SF_6金属燃料闭式循环动力系统涡轮机变工况调节方法，其特征在于，步骤4具体过程为：
...【技术特征摘要】
1.li/sf_6金属燃料闭式循环动力系统涡轮机变工况调节方法，所述循环动力系统将锅炉反应器作为热源对螺旋管蒸发器中的水加热成水蒸气通过喷管喷出推动涡轮机转动，其特征在于，具体为：
2.根据权利要求1所述li/sf_6金属燃料闭式循环动力系统涡轮机变工况调节方法，其特征在于，步骤1中所述锅炉反应器的参数包括热流密度、熔池温度。
3.根据权利要求1所述li/sf_6金属燃料闭式循环动力系统涡轮机变工况调节方法，其特征在于，步骤1中所述蒸发器的设计参数包括内螺旋管长度、外螺旋管长度、内、外螺旋管道内径、管道高压、初始入口工质质量流量和期望出口工质温度。
4.根据权利要求1所述li/sf_6金属燃料闭式循环动力系统涡轮机变工况调节方法，其特征在于，所述涡轮机的设计参数包括背压、涡轮计算半径、涡轮转速、叶片截距、涡轮机材料密度，由以下公式计算涡轮机的基本参...
【专利技术属性】
技术研发人员：秦侃，严天朔，党建军，罗凯，李代金，黄闯，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：
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