一种压水堆偏环运行状态下主管道流体温度快速计算方法

本发明涉及测量，特别涉及压水堆偏环运行状态下的主管道内流体温度测量。

背景技术：

1、压水堆偏环运行工况是指多环路压水堆中非对称进口条件下的非对称运行工况，也即多环路压水堆存在某一个或多个环路冷却剂泵停止运行的运行工况。比如，在对反应堆进行换料或检修工作时，必须主动关闭某些环路冷却剂泵，降低反应堆功率，此运行工况即为偏环运行工况。

2、在这些关闭的环路中，由于管内流体自然对流的作用，流体温度逐渐降低，并呈现热分层现象。

3、当冷却剂泵重新启动时，管内流体温度的未知将对反应堆的安全运行构成巨大威胁。因此，管内流体温度的监测对核反应堆安全运行至关重要。

4、然而，由于核电管道的结构完备性要求，不允许随意开孔，以直接测量内部流体温度。因此，有必要探索一种能够预测主管道内流体温度的高效、可靠方法。

5、导热反问题是利用一些易于测得的温度信息来反推出一些不易测量或者难于计算的参数。它不依赖于管路内部流体流动状况，仅取决于管路壁面固体的导热过程及边界条件作用。故导热反问题以管道外壁面测量温度作为反问题的输入条件，能够反演管道内壁面第三类对流边界条件，亦即可获得内壁面处对流换热系数和近壁面流体温度，实现对内部流体温度的间接测量。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对现有技术存在的上述不足，提供一种管内流体自然对流条件下的流体温度计算方法，所述的方法可根据实际测量得到的圆管外壁温度随时间及位置的变化，通过计算，得到管内流体温度随时间及位置的变化。

2、为实现上述目的，本发明的技术方案如下所述：

3、(1)在压水堆主管道内流体自然对流换热下，使用热电偶等测温仪器测量获得外壁温度；

4、(2)根据所述外壁温度测量值推定各圆管截面内壁热流密度值；

5、(3)根据推定圆管内壁热流密度值，计算得到各截面管内流体温度值；

6、(4)根据计算的各截面管内流体温度值，插值得到主管道内流体温度沿轴向分布。

7、进一步地，根据所述外壁温度测量值得到管内流体温度推定值的步骤包括：

8、(1)设置各截面管道内壁对流换热热流密度初始值；

9、(2)根据所述各内壁热流密度初始值，采用并行算法，计算导热正问题得到各截面外壁温度计算值；

10、(3)判断所述外壁温度计算值与外壁温度测量值是否相符。若相符，则所述内壁热流密度初始值为内壁热流密度推定值，进行步骤(4)计算；若不相符，通过迭代计算算法，求解导热反问题，计算新的内壁热流密度值，返回步骤(2)，直至获得内壁热流密度推定值；

11、(4)根据所述内壁热流密度推定值，通过牛顿冷却公式和自然对流热准则关联式，推定各截面管内流体温度分布；

12、(5)根据所述的各截面管内流体温度推定值，通过数值插值方法，计算得到流体温度沿管道轴向变化。

13、进一步地，判断所述外壁温度计算值与外壁温度测量值是否相符的步骤进一步包括：

14、(1)根据所述外壁温度计算值与外壁温度测量值得到当前的目标函数的值；

15、(2)判断所述当前的目标函数的值是否小于一个预先确定的阈值，若是，则相符；若否，则不相符。

16、进一步地，所述目标函数为：其中，ti,j,cal(q)是外壁温度计算值，ti,j,mea是外壁温度测量值，m、n和r分别为测量节点位置数、反演计算时刻和未来时间步长数。

17、进一步地，所述通过迭代计算获得推定值的步骤之前还包括：根据迭代方程获得下一步迭代的内壁热流密度初始值；所述的迭代方程为：其中，b为迭代次数，m为管内待计算节点的位置，为测量节点处温度对反演热流密度的灵敏度系数。

18、进一步地，所述的牛顿冷却公式和自然对流热准则关联式分别为：q＝hin(tw-tf)，其中，hin为内壁对流换热系数，tw为内壁节点温度，tf为近壁流体温度，nu为努赛尔数，pr为普朗特数，g为重力加速度，α为流体体积膨胀系数，υ为运动黏度，c和n为实验常数，d0为圆管当量直径。

19、进一步地，所述的插值方法为三次样条插值方法。

20、进一步地，计算得到该时刻(t＝n时刻)管内流体温度分布后，采用同样的方法，计算下一时刻(t＝n+1时刻)管内流体温度分布，直至计算所有需时刻。

技术特征：

1.一种压水堆偏环运行状态下主管道流体温度快速计算方法，其特征在于，所述方法包括：

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据管外壁温度测量值推定管内流体温度分布及其变化的步骤包括：

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述导热正问题和导热反问题的求解是基于有限元方法或控制容积法的数值解法。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，各截面管内流体温度计算过程采用并行算法。

5.如权利要求2所述的方法，其中，判断所述外壁温度计算值与外壁温度测量值是否相符的步骤进一步包括：

6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述目标函数为：其中，ti,j,cal(q)是外壁温度计算值，ti,j,mea是外壁温度测量值，m、n和r分别为测量节点位置数、反演计算时刻和未来时间步长数。

7.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述通过迭代计算获得推定值的步骤之前还包括：根据迭代方程获得下一步迭代的内壁热流密度初始值；所述的迭代方程为：其中，b为迭代次数，m为管内待计算节点的位置，为测量节点处温度对反演热流密度的灵敏度系数。

8.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的牛顿冷却公式和自然对流热准则关联式分别为：q＝hin(tw-tf)，其中，hin为内壁对流换热系数，tw为内壁节点温度，tf为近壁流体温度，nu为努赛尔数，pr为普朗特数，g为重力加速度，α为流体体积膨胀系数，υ为运动黏度，c和n为实验常数，d0为圆管当量直径。

9.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的插值方法为三次样条插值方法。

技术总结
本发明涉及测量技术领域。本发明提供了一种压水堆偏环运行状态下主管道流体温度快速计算的方法。所述的方法包括：在主管道内流体自然对流下，使用热电偶等测温仪器测量多个圆管截面外壁面温度；根据所测得的外壁温度，采用并行算法，求解各圆管截面非稳态导热反问题，推定各截面流体温度分布及变化；再根据三次样条插值方法，计算得到流体温度沿主管道轴向分布及变化。本发明可以快速准确地由管道外壁温度得到管内流体温度分布及其随时间的变化，能够为压水堆环路重启时管路系统中流体热工状态提供科学依据，有利于核反应堆的安全运行。

技术研发人员：卢涛,姜文殊,熊平
受保护的技术使用者：北京化工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/4