(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 202111467409.0 (22)申请日 2021.12.02 (71)申请人 中国船舶重 工集团公司第七0三研 究所 地址 150078 黑龙江省哈尔滨市道里区洪 湖路35号 (72)发明人 代守宝　詹腾腾　高万博　杨光　 张晓宁　李昂　 (51)Int.Cl. G06F 30/28(2020.01) G06F 113/08(2020.01) G06F 119/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 船舶冷凝 器壳侧热力性能数值模拟方法 (57)摘要 本发明的目的在于提供船舶冷凝器壳侧热 力性能数值模拟方法， 包括如下步骤： 将多结构 冷凝器管侧分解为仅具有单进口、 单出口特点的 子单元， 设定多结构冷凝器壳侧各工质在入口和 出口处的流量焓值的初始值， 求出第n个单元对 应的管侧工质出口焓值 以及管内平均速度和温 度， 离散冷凝器各单元的质量、 动量、 空气组分及 温度传输方程， 并生成系数矩阵， 数值求解冷凝 器各单元通道的系数矩阵， 获得各单元us、 Ts和Y 值， 求解Gsc， Gac和Hsc， 判断冷凝器各单元出口处 的Gsc， Gac和Hsc与上一步计算值或初 始值的最大 偏差是否小于收敛值， 根据收敛情况输出结果。 本发明可将船舶冷凝器复杂结构离散化为一系 列仅具有单入口、 出口结构的管壳式冷凝器子单 元。 权利要求书1页 说明书3页 附图2页 CN 114239429 A 2022.03.25 CN 114239429 A 1.船舶冷凝器壳侧热力性能数值模拟方法， 其特 征是： (1)将多结构冷凝器管侧按照工质流动关系， 分解为仅具有单进口、 单出口特点的子单 元， 第n号子单元入口、 出口变量包括循环水质量流量Gwr， n/Gwc， n和热流量Hwr， n/Hwc， n， 其中 下标r表示入口， 下 标c表示出口， n表示单 元编号； (2)设定多结构冷凝器壳侧各工质在入口和出口处的流量Gsr,n/Gsc,n和Hsn焓值的初始 值； (3)根据管、 壳间换 热能量守恒原则， 第n个单 元的管壳 式换热器满足以下关系： Gwr,nHwr,n–Gwc,nHwc,n＝(Gsr‑Gsc)nHsn 求出第n个单元对应的管侧工质出口焓值， 以及管内平均速度uw和温度Tw， 各子单元管 侧之间按照工质流动流程具有串联、 并联或独立的关系， 当子单元1和子单元2具有串联关 系时， 两者间的变量满足： Gwc,1＝Gwr,2； Hwc,1＝Hwr,2 当子单元1和子单元2具有并联关系时， 各自入口、 出口关系独立， 但两者流量分配满足 压降相等原则， 即 △P1＝△P2 且与各自上游、 下游单元具有对应的流量关系， 其Gw和Hw可依据质量守恒和能量守恒 原理确定； 为冷凝器壳侧每个单元通道划分二维计算网格， 根据壳侧蒸汽质量流量Gs、 空气质量 流量Ga、 热流量Hs值、 壁面边界及管侧传热特性设定各单元内部网格的us、 Ts、 空气质量分 数Y变量初始值及边界条件； (4)基于网格、 边界条件和us/Ts/Y初始值信息， 采用数值方法离散冷凝器各单元的质 量、 动量、 空气组分及温度传输方程， 并生成系数矩阵； 其中， 有限元离散方法采用大数法， 对流项采用P1格式离散， 扩散项采用中心节点法 的P2格式离散， 并采用SUPG方法考虑对流 项占优数 学问题； (5)数值求解冷凝器各单元通道的系数矩阵， 获得各单元us、 Ts和Y值， 并根据出口处的 us、 Ts、 Y值 求解Gsc， Gac和Hsc； (6)判断冷凝器各单元出口处的Gsc， Gac和Hsc与上一步计算值或初始值的最大偏差是 否小于收敛值； (7)如果步骤(6)不收敛， 则将第(6)步获得的冷凝器各单元的Gsc， Gac和Hsc作为已知 量， 重复步骤(3) ‑(6)， 直至收敛； (8)如果步骤(6)收敛， 则输出 结果。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114239429 A 2船舶冷凝器壳侧热力性能数值模拟方 法 技术领域 [0001]本发明涉及的是一种船舶模拟方法， 具体地说是 船舶二回路 冷凝器模拟方法。 背景技术 [0002]目前已有的冷凝器壳侧热力性能数值模拟 方法主要采用结构网格划分方式， 数值 计算方法采用基于有限差分法或有限体积法的二 维计算流体力学模型， 将复杂壳侧结构简 化为多孔介质， 采用质量源项描述冷凝过程， 采用阻力源项修正复杂管结构对流动的影响， 计算数据后处理采用文本导出方式。 该方法对冷凝器边界条件往往采用定温、 定热流或绝 热边界条件， 仅能计算简单结构的管壳、 表面式冷凝器壳侧热力性能， 网格前处理方法简 单， 后处理模块缺失， 难以满足对船舶二回路系统多结构冷凝器的管束布置及壳侧 流场进 行精确、 快速的热力性能模拟要求。 发明内容 [0003]本发明的目的在于提供一种基于流路质量、 能量流分解和二维数值模拟 方法相结 合的船舶冷凝器壳侧热力性能数值模拟方法。 [0004]本发明的目的是这样实现的： [0005]本发明船舶冷凝器壳侧热力性能数值模拟方法， 其特 征是： [0006](1)将多结构冷凝器管侧按照工质流动关系， 分解为仅具有单进口、 单出口特点的 子单元， 第n号子单元入口、 出口变量包括循环水质量流量Gwr， n/Gwc， n和热流量Hwr， n/Hwc， n， 其中下标r表示入口， 下 标c表示出口， n表示单 元编号； [0007](2)设定多结构冷凝器壳侧各工质在入口和出口处的流量Gsr,n/Gsc,n和Hsn焓值的 初始值； [0008](3)根据管、 壳间换 热能量守恒原则， 第n个单 元的管壳 式换热器满足以下关系： [0009]Gwr,nHwr,n–Gwc,nHwc,n＝(Gsr‑Gsc)nHsn [0010]求出第n个单元对应的管侧工质出口焓值， 以及管内平均速度uw和温度Tw， 各子单 元管侧之间按照工质流动流程具有串联、 并联或独立的关系， 当子单元1和子单元2具有串 联关系时， 两者间的变量满足： [0011]Gwc,1＝Gwr,2； Hwc,1＝Hwr,2 [0012]当子单元1和子单元2具有并联关系时， 各自入口、 出口关系独立， 但两者流量分配 满足压降相等原则， 即 [0013]△P1＝△P2 [0014]且与各自上游、 下游单元具有对应的流量关系， 其Gw和Hw可依据质量守恒和能量 守恒原理确定； [0015]为冷凝器壳侧每个单元通道划分二维计算网格， 根据 壳侧蒸汽质量流量Gs、 空气 质量流量Ga、 热流量Hs值、 壁面边界及管侧传热特性设定各单元内部网格的us、 Ts、 空气质 量分数Y变量初始值及边界条件；说　明　书 1/3 页 3 CN 114239429 A 3