(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111679272.5 (22)申请日 2021.12.31 (71)申请人 西安交通大 学 地址 710049 陕西省西安市碑林区咸宁西 路28号 (72)发明人 巫英伟　牛钰航　向烽瑞　王明军　 章静　贺亚男　田文喜　苏光辉　 (74)专利代理 机构 西安智大知识产权代理事务 所 61215 代理人 何会侠 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 119/08(2020.01) (54)发明名称 一种U型管蒸汽发生器全耦合共轭传热计算 方法 (57)摘要 一种U型管蒸汽发生器全耦合共轭传热计算 方法， 该方法主要包括如下部分： 1、 U型管蒸汽发 生器一、 二次侧几何模型简化； 2、 划分U型管蒸汽 发生器一、 二次侧流体域与固体域几何计算区域 与对应节点； 3、 U型管蒸汽发生器一、 二次侧流体 域与固体域共轭传热边界传递； 4、 建立U型管蒸 汽发生器一、 二次侧流体域与固体域计算模型； 5、 以全耦 合方式整体离散 各区域方程组并求解。 其中， 模型简化将实际U型管蒸汽发生器简化为 便于划分几何区域、 网格的形式； 建立简化后的 几何模型， 并划分网格； 定义中间变量， 实现固体 域与流体域边界条件传递； 分别在固体域与流体 域建立数学模型； 最后采用全耦合离散求解， 模 拟U型管蒸汽发生器的共 轭传热过程。 权利要求书2页 说明书7页 附图3页 CN 114266171 A 2022.04.01 CN 114266171 A 1.一种U型 管蒸汽发生器全耦合共 轭传热计算方法， 其特 征在于： 包括如下步骤： 步骤1： U型管蒸汽发生器一、 二次侧几何模型简化： 将蒸汽发生器一、 二次侧流体域均 简化为一维模型， 将传热管束固体域简化为二维模型； 简化后一维模型 的内径根据蒸汽发 生器U型管传热管束的数量确定； 步骤2： 划分U型管蒸汽发生器一、 二次侧流体域与传热管束固体域的几何计算区域与 对应节点： 建立蒸汽发生器二 维模型， 先将整个几何计算区域划分为固体导热域， 再将蒸汽 发生器二维模型 的左、 右两条边划分为流体计算域， 同时先将传热管束固体域的几何计算 区域划分二 维网格， 再将左、 右两条边划分一 维节点网格； 为保证重合区域数据连接点的重 合， 二维轴向节点数目要与一维轴向节点数目一 致， 径向节点 根据实际情况划分； 步骤3： 利用步骤2中构建的几何计算区域和对应节点， 实现U型管蒸汽发生器一、 二次 侧流体域与传热管束固体域共轭传热边界传递， 流体与固体变量通过边界条件传递耦合； 流体域与固体域分别属于不同的计算域， 各自的变量只能在各自的计算域定义， 无法直接 传递变量值， 需在蒸汽发生器的几何计算区域的左、 右两条边定义新的传递变量， 新的传递 变量与流体域、 固体域以边界条件传递的形式传递数据， 传递数据后参与全耦合共轭传热 计算； 步骤4： 在步骤2中构建的几何计算区域中， 建立U型管蒸汽发生器一、 二次侧流体域与 固体域计算模型， 以形函数的弱解形式构建本构方程， 包括： 流体域两相六 方程模型： 式中： αl——液相空泡份额； ρl——液相密度； ul——液相速度； t——时间； x——空间x方向位置； Γg——相间传递的质量； ψ——形函数； (f, ψ )——函数f在当前积分点的体积分； αg——汽相空泡份额； ρg——汽相密度；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114266171 A 2ug——汽相速度； p——压力； gx——重力加速度； Fint——相间摩擦阻力； Fwall,l——液相的壁 面摩擦阻力； uint——界面速度； Fwall,g——汽相的壁 面摩擦阻力； el——液相内能； Qwl——壁面对液相的热量传递； Qil——交界面对液相的热量传递； Γig——相间气泡的质量传递； hl*——交界面之间质量传递的液相焓； Γw——壁面沸腾/冷凝过程中气相产生速率； hl'——由于壁 面产生蒸汽而引起质量传递的液相焓； eg——汽相内能； Qwg——壁面对汽相的热量传递； Qig——交界面对 汽相的热量传递； hg*——交界面之间质量传递的汽相焓； hg'——由于壁 面产生蒸汽而引起质量传递的汽相焓； 固体域二维导热模型： 式中： ρ ——固体域密度； Cp——固体域比热容； ψ——形函数； (f, ψ )——函数f在当前积分点的体积分； <f, ψ>——函数f在当前积分点的边界积分； t——时间； k——固体域 导热率； Ts——固体域温度； ΔTs——固体域温度的梯度； Δ ψ——形函数的梯度； q”——固体域热源； 步骤5： 以全耦合方式整体离散流体域两相六方程模型和固体域二维导热模型并求解， 所有变量在同一矩阵中同步更新， 判断残差是否在规定范围内， 若不在范围内则缩短时间 步长， 若在范围内则判断时间步是否达到最终时间步， 若时间步不满足要求则推进时间步 长； 若时间步满足则输出最终计算结果。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114266171 A 3