【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于船舶系统，尤其涉及一种船舶动力系统凝汽器一维-三维联合仿真方法及系统。
技术介绍
1、船舶动力系统中,凝汽器是重要的关键设备之一，它的性能直接影响整个系统的效率和经济性。为了更好地分析和优化凝汽器的工作过程,近年来出现了一维-三维联合仿真的方法，这种方法结合了一维流动分析和三维数值模拟,能够更全面、准确地预测和评估凝汽器的性能。目前的技术多用集总参数法、分区模型或分布参数法对凝汽器进行瞬态模拟,但这些方法并不能很好的展示凝汽器的内部流场。
2、由于需要同时建立一维流动模型和三维cfd模型,并在两者之间进行数据交换,整个仿真过程涉及大量的计算量。另外三维cfd模型需要考虑复杂的流动、换热、相变等物理过程,建模和网格划分都较为复杂。一维和三维模型的耦合接口是关键,如何在两者之间准确传递边界条件和参数信息,是一个需要进一步解决的问题。
3、现有技术由于涉及多尺度、多物理过程的耦合,整个仿真过程的稳定性较差,很容易出现发散或收敛缓慢的情况，这导致船舶动力系统凝汽器的仿真发展受限。
技术实现思路
1、针对上述现有技术中存在的缺陷，本专利技术提供一种船舶动力系统凝汽器一维-三维联合仿真方法及系统，所述方法包括以下步骤：
2、步骤1，建立船舶动力系统凝汽器的几何模型和物理边界条件，采用自适应时间步长算法离散控制方程，并利用基于神经网络的热传导系数估算模型获取各热传导系数，动态划分计算网格，并根据网格的变化调整控制方程，通过迭代求解控制方程得到凝汽
3、步骤2，根据所述凝汽器的结构构建三维几何模型，确定计算域范围，所述计算域包括流体域和固体域，根据流场和温度场的变化情况自适应调整网格密度，建立三维控制方程组，并采用湍流模型描述凝汽器内部的湍流特性，构建基于机器学习的热传导和相变模型,利用机器学习对传热过程和相变行为进行建模；
4、步骤3，采用jacobian矩阵的隐式耦合方法耦合船舶动力系统凝汽器的一维和三维模型，并基于并行计算和自适应时间步长算法,根据模拟过程的变化情况自动调整时间步长；
5、步骤4，利用高保真试验数据对联合模型进行训练和验证,采用机器学习的模型校准方法自动优化模型参数, 并基于遗传算法对整体模型进行优化获取最优的参数组合；
6、步骤5，构建综合的可视化分析平台,采用web的可视化分析平台呈现温度、压力、流场参数,采用数据挖掘和机器学习技术自动识别关键参数和异常情况,并基于虚拟仪表的实时监测功能实时监控动力系统的运行状况。
7、步骤1进一步包括：
8、所述建立船舶动力系统凝汽器的几何模型和物理边界条件，包括，所述几何模型采用一维管道形式，采用以下方程表示，
9、
10、其中，a(x,t)表示管道在位置x处随时间t变化的截面积，表示管道截面积对时间的偏导数,表示管道截面积随时间的变化率，u表示流体在管道中的流速，表示质量流量在空间上的变化率,表示沿管道长度方向的质量流量梯度；
11、所述物理边界条件包括进出口温度、压力、流量，采用以下方程表示，
12、
13、其中，t(0,t)表示在管道入口处流体的温度随时间t的变化情况，t0(t)表示管道入口处流体温度的时间函数,即入口温度随时间的变化情况，p(l,t)表示在管道出口处,流体的压力随时间t的变化情况，pl(t)表示管道出口处流体压力的时间函数,即出口压力随时间的变化情况，表示在管道入口处流体的质量流率随时间t的变化情况，表示管道入口处流体质量流率的时间函数,即入口质量流率随时间的变化情况；
14、采用隐式差分格式离散控制方程，其中，时间步长根据以下准则自适应调整，
15、
16、其中，δt表示凝汽过程发生的时间变化量，即冷凝的时间间隔，c为安全系数,a为声速,k为热传导系数，|u|表示流体的绝对流速，a表示声速，δx表示管道长度上的距离，k表示流体的热导率，ρ表示流体的密度，cp表示流体的定压比热容；
17、采用基于神经网络的热传导系数估算模型获取热传导系数，通过以下方程表示，
18、k=f(t,ρ,cp,material properties)
19、其中，k表示热传导系数，是需要估算的目标参数，t表示温度，ρ表示密度，cp表示材料的定压比热容，material properties表示其他与材料性质相关的参数，包括晶体结构、化学成分；
20、采用动态网格技术划分计算网格，其中网格点分布满足以下自适应准则，
21、
22、其中，xi表示计算网格中某个网格点的坐标位置，t表示时间，表示网格点位置随时间的变化率，λ表示权重系数，表示温度场在空间中的梯度；
23、采用双代数法求解控制方程，
24、
25、其中，ti(n+1)表示第i个网格点在n+1时刻的温度值i表示空间离散点，n表示时间层，tin表示第i个网格点在n时刻的温度值，δt表示时间步长，ρ表示密度，cp表示定压比热容，δxi表示第i个网格点的空间步长，ki+1/2表示第i+1/2个网格面的热导率，δxi+1/2表示第i+1/2个网格面的空间步长，ki-1/2表示第i-1/2个网格面的热导率，δxi-1/2表示第i-1/2个网格面的空间步长。
26、步骤2进一步包括：
27、采用参数化方程表示凝汽器的三维几何模型，通过以下方程表示，
28、
29、其中，x, y, z表示几何模型中点的三维空间坐标，f1(u, v), f2(u, v), f3(u,v)表示自变量u和v的函数,共同决定三维空间中点的坐标值，u, v是参数化的自变量；
30、采用三维坐标系表示计算域，通过以下方程表示，
31、
32、其中，ω表示三维几何域, (x, y, z)是三维笛卡尔坐标系下的一个点的坐标，xl, xr表示x坐标的下界和上界, yb, yt表示y坐标的下界和上界, zf, zr表示z坐标的下界和上界；
33、所述三维控制方程组采用质量、动量和能量守恒方程表示，
34、
35、其中，ρ表示流体的密度，表示流体的速度矢量，表示密度随时间的变化率，表示密度与速度的通量散度，表示流体的动量，表示动量的通量散度，表示由压力产生的动量源，表示粘性力产生的动量源，ρe表示流体的总能量，表示总能量的通量散度，表示热传导产生的能量源，表示粘性力doing的功产生的能量源。
36、所述方法进一步包括：
37、采用smagorinsky子网格应力模型捕捉大尺度湍流涡旋,并用亚格网格模型描述小尺度湍流，其中，所述smagorinsky子网格应力模型采用以下表示，
38、
39、其中，τijsgs表示子网格尺度(sgs)应力张量，νt表示湍流粘本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种船舶动力系统凝汽器一维-三维联合仿真方法，包括：
2.如权利要求1所述的一种船舶动力系统凝汽器一维-三维联合仿真方法，其特征在于，步骤1进一步包括：
3.如权利要求1所述的一种船舶动力系统凝汽器一维-三维联合仿真方法，其特征在于，步骤2进一步包括：
4.如权利要求3所述的一种船舶动力系统凝汽器一维-三维联合仿真方法，其特征在于，所述方法进一步包括：
5.如权利要求4所述的一种船舶动力系统凝汽器一维-三维联合仿真方法，其特征在于，所述方法进一步包括：基于octree算法的自适应调整网格密度，包括初始化根结点包含整个计算域，根据流场和温度场评估各单元的误差指标，对误差较大的单元进行细化,直至满足精度要求，网格单元拓扑关系用邻接矩阵表示。
6.如权利要求1所述的一种船舶动力系统凝汽器一维-三维联合仿真方法，其特征在于，步骤3进一步包括：
7.如权利要求6所述的一种船舶动力系统凝汽器一维-三维联合仿真方法，其特征在于，所述Jacobian矩阵的构建和求解过程包括：
8.如权利要求1所述的一种船舶动
9.如权利要求1所述的一种船舶动力系统凝汽器一维-三维联合仿真方法，其特征在于，步骤4中采用遗传算法优化进一步包括，
10.一种船舶动力系统凝汽器一维-三维联合仿真系统，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种船舶动力系统凝汽器一维-三维联合仿真方法，包括：
2.如权利要求1所述的一种船舶动力系统凝汽器一维-三维联合仿真方法，其特征在于，步骤1进一步包括：
3.如权利要求1所述的一种船舶动力系统凝汽器一维-三维联合仿真方法，其特征在于，步骤2进一步包括：
4.如权利要求3所述的一种船舶动力系统凝汽器一维-三维联合仿真方法，其特征在于，所述方法进一步包括：
5.如权利要求4所述的一种船舶动力系统凝汽器一维-三维联合仿真方法，其特征在于，所述方法进一步包括：基于octree算法的自适应调整网格密度，包括初始化根结点包含整个计算域，根据流场和温度场评估各单元的误差指标，对误差较大的单元进...
【专利技术属性】
技术研发人员：施亚光，夏凯，胡迟，方才华，宫大鑫，潘炎，李冠群，张容川，张逸恒，
申请(专利权)人：中国船舶集团有限公司第七一九研究所，
类型：发明
国别省市：
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