套管式加热流动通道内温度分布及边界线功率密度计算方法
专利汇可以提供套管式加热流动通道内温度分布及边界线功率密度计算方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种 套管 式加热流动通道内 温度 分布及边界线功率 密度 计算方法，步骤如下：令qW、δT和λ分别为中心加热通道边界处线功率密度、温度分布峰值和当量导热系数。首先建立待估算套管式加热通道等效模型，确定等效模型几何尺寸和内热源强度。然后根据热传导定律和 能量 守恒定律得出qW与δT、λ之间的关系式和无量纲温度峰值沿轴向分布δT(x,λ)/ΔT，并 迭代 得出λ的值。最后将λ代入δT(x,λ)中，结合δT、λ、qW之间的关系式得出δT和qW沿轴向的分布。本发明操作简单， 精度 高，可用于计算套 管式换热器 、 核反应堆 闭式 燃料 组件等热工装置横向 传热 能 力 及温度分布；此外，可获得套管式加热装置内温度峰值，对确定加热装置的热点和安全限值具有重要意义。，下面是套管式加热流动通道内温度分布及边界线功率密度计算方法专利的具体信息内容。
1.一种套管式加热流动通道内温度分布及边界线功率密度计算方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
步骤1：根据待估算套管式加热流动通道的实际布置情况，建立相应的等效模型和边界条件，将待估算套管加热流动通道等效为含有均匀内热源的圆柱形或棱柱形等效模型和相应边缘冷却通道；
套管式加热组件内部几何结构复杂，流道狭长，中心加热通道和边缘冷却通道尺寸相差大，直接进行实验测量或理论分析计算困难；对此，将中心加热通道简化成形状规则且便于计算的圆柱形或棱柱形通道和相应边缘冷却通道，进行理论计算；将均匀冷却的加热通道简化成含有内热源的均匀冷却圆柱形通道，将非均匀冷却的加热通道简化成含有内热源的非均匀冷却棱柱形通道；
步骤2：根据待估算加热通道流通截面几何尺寸，基于截面积相等原则确定圆柱形等效模型的半径R或棱柱形等效模型的边长a；
等效圆柱形通道的半径 等效棱柱形通道的边长 其中A是含加
热棒的原加热通道的截面积；
步骤3：根据步骤2确定的等效模型的尺寸，结合从中心加热通道向边缘冷却通道的传热线功率，计算出等效几何模型内热源强度；
设某点中心加热通道向边缘冷却通道传热边界线功率密度为qW，认为中心加热通道中的温度幅度是由中心加热通道向边缘冷却通道横向传热引起，因此中心加热通道中的温度分布与含有内热源，且中心加热通道向边缘冷却通道传热的线功率密度同为qW的圆柱或棱柱形等效几何模型中的温度分布类似；设等效几何模型的内热源强度为QV，则QV＝qW/A；A是含加热棒的原加热通道的截面积；
步骤4：根据傅里叶热传导定律，假定在整个流动通道上当量导热系数λ为常数，得出等效加热通道内温度分布的峰值δT＝Tmax-TW和等效加热通道边界线功率密度qW之间的关系式，其中，Tmax为等效加热通道中最高温度，TW为等效加热通道边界处温度；
有内热源的一维稳态热传导公式为 含有均匀内热源的圆柱或棱
柱体中的温度为抛物形分布，且中心加热通道边界线功率密度qW和温度峰值δT＝Tmax-TW与当量导热系数λ成正比，即qW＝k·λδT，k为常数；
步骤5：根据流体的比热cp、总加热功率Q、边缘冷却通道质量流量Wh和中心加热通道质量流量Wn，计算出套管入口至出口总温升 再结合中心加热通道、边缘冷
却通道能量守恒定律和边缘冷却通道对流换热公式，导出无量纲温度峰值沿轴向分布表达式δT(x，λ)/ΔT；
由于在加热段之后有足够长的非加热段，在非加热段中，中心加热通道和边缘冷却通道的温度差将被展平，因此假设从组件加热段入口处到组件出口的中心加热通道、边缘冷却通道温升近似相等，均为ΔT；
根据中心加热通道能量守恒定律，有：
cpWn·dTn＝(q-qW)·dx＝(q-kλδT)·dx
其中，q为中心加热通道中加热元件的线功率密度，Tn为中心加热通道平均温度；
根据边缘通道对流换热公式，有：
其中α为边缘通道对流换热系数，P为边缘通道热周，Th为边缘冷却通道平均温度；根据边缘通道能量守恒定律，有：
cpWh·dTh＝qW·dx＝kλδT·dx
联立以上三式，得：
求解此常微分方程，并无量纲化，得出无量纲温度峰值沿轴向分布表达式δT(x，λ)/ΔT；
步骤6：基于步骤5得出的无量纲温度峰值沿轴向分布表达式δT(x，λ)/ΔT和δT、λ、qW之间的关系式，通过高斯-赛德尔迭代法并通过当量导热系数λ的残差和流入边缘通道热流量判断是否收敛，得出当量导热系数λ的值；
温度峰值的大小δT(x，λ)取决于截面位置x和当量导热系数λ；迭代过程中，首先给定流体的比热cp、总加热功率Q、边缘冷却通道质量流量Wh和中心加热通道质量流量Wn，并给定λ的迭代初值，再将此迭代初值代入δT(x，λ)表达式中，计算出等效加热通道内温度分布的峰值δT在整个中心通道上的分布；
令加热段长度为L1，非加热段长度为L2；如步骤4中所述，由于在整个流动通道上当量导热系数λ为常数，因此 其中 为整个流动通道边
界上平均线功率密度；
将qW＝k·λδT代入上式中，得
根据上式，得 计算出新的当量导热系数λtemp；根据qW＝k·λδT得出中心
加热通道边界线功率密度qW在整个加热通道上的分布。由于从组件加热段入口处到组件出口的中心通道、边缘通道温升近似相等，所以流入边缘通道的总热流量为
应该与 相等；因此最后将中心加热通道边界热线功率密度qW在整个
通道上的积分 与 比较，将新的当量导热系数λtemp与上一步的λ相比
较，如果 与 λtemp与之前λ之间相对误差小于0.1％，则认为qW和λ满足
收敛标准，此时输出计算得出的λ值；反之，则将λ值更新为λtemp的值，回代入δT(x，λ)表达式中，再次进行迭代计算，直至收敛；
步骤7：将步骤6得出的当量导热系数λ代入δT(x，λ)表达式中，便得到等效加热通道内温度分布的峰值δT沿轴向的分布；再结合步骤6推出的δT、qW之间的关系式，便得出中心加热通道边界线功率密度qW沿轴向的分布。
套管式加热流动通道内温度分布及边界线功率密度计算方法
技术领域
背景技术
发明内容
具体实施方式
新的当量导热系数λtemp；再根据qW＝4λπδT得出中心加热通道边界线功率密度qW在整个加热通道上的分布。最后将qW在整个通道上的积分 与 比较，将新的当量导
热系数λtemp与上一步的λ相比较。如果 与 λtemp与之前λ之间相对误差
小于0.1％，则认为qW和λ满足收敛标准。若qW和λ均满足收敛标准，则输出计算得出的λ值。反之，则将λ值更新为λtemp的值，回代入δT(x，λ)表达式中，再次进行迭代计算，直至收敛。
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