申请/专利权人：西安交通大学

申请日：2021-09-23

公开（公告）日：2024-04-30

公开（公告）号：CN113987696B

主分类号：G06F30/17

分类号：G06F30/17;G06F30/20;G06F113/08;G06F119/08;G06F119/14

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.30#授权;2022.02.18#实质审查的生效;2022.01.28#公开

摘要：本发明公开了一种带破口容器罐内工质状态参数计算方法，本发明在容器出现破口，容器内工质发生泄漏时，可以通过破口几何尺寸，发生泄漏时容器内工质的初始状态计算出之后任意时刻容器内工质的状态，为高压容器发生破口泄露之后的风险定量评估提供了有效的理论计算参考数据。本方法充分考虑了气液两相临界流泄漏物理机理；充分考虑了相间作用与相间传递，例如壁面传热，摩擦效应与相间传热传质冷凝等过程以及未耦合压力容器排放与破口临界流泄漏，全面地阐述压力容器气液两相临界流释放机理。

主权项：1.一种带破口高压气体容器临界流释放过程数值计算方法，其特征在于：该方法通过以下步骤予以实现：S1：初始条件设置，包括设置时间步长Δt及空间步长Δz；获取容器的几何参数，容积V、直径D、高度H；获取破口的几何参数，包括破口流道宽度W，破口流道高度COD，流道长度l；获取容器刚开始发生破口泄漏时工质的初始计算热力学参数，包括工质初始压力工质初始干度工质初始温度S2：设置初始临界质量流速；S3：确定破口入口处工质状态；所述的S3:确定破口入口处工质状态，其中破口入口阻力损失之后的压力P计算公式为： 其中，ΔPe——工质从容器中进入到破口的入口阻力损失，Pa；C——入口阻力损失系数； ——第J个时间步长计算所用的临界质量流速，kgm2·s；ρe——工质进入破口时的密度，kgm3；P——工质进入到破口之后的压力，Pa；PJ——容器发生破口泄露后第J个时间步长的内部压力，Pa；S4：计算破口内两相流动参数；所述的S4：计算破口内两相流动参数，通过构建破口内临界两相流泄露方程：求解方程2可得离散化后的第n段流道内工质的压力Pn，流速和温度其中， ——中空间离散化的N段等长流道中的第n-1段流道内工质的混合密度，kgm3；Pn-1——空间离散化的N段等长流道中的第n-1段流道内工质的压力，Pa；Pn——空间离散化的N段等长流道中的第n段流道内工质的压力，Pa；——空间离散化的N段等长流道中的第n-1段流道内等温条件下工质的速度对压力的偏微分；Tn-1——空间离散化的N段等长流道中的第n-1段流道内工质的温度，K； ——空间离散化的N段等长流道中的第n段流道内工质的温度，K； ——空间离散化的N段等长流道中的第n-1段流道内等压条件下工质的速度对温度的偏微分； ——空间离散化的N段等长流道中的第n-1段流道内工质的混合焓，Jkg； ——空间离散化的N段等长流道中的第n-1段流道内等温条件下工质的混合焓对压力的偏微分；cp——混合工质的定压比热容，Jkg·K； ——破口截面沿程变化率，m；ρ——容器内气液混合工质密度，kgm3；φm——容器内混合工质的换热量，J；φe——容器破口处工质的换热量，J； ——空间离散化的N段等长流道中的第n-1段流道内压力Pn-1对应的饱和液体的焓，Jkg； ——空间离散化的N段等长流道中的第n-1段流道内工质的速度，ms；S5：确定临界截面；所述的S5：确定临界截面；针对每个时间步长下，每个空间步长进行临界条件判断，如果满足临界判断条件，则认为在临界质量流速下，破口中的工质达到临界流动发生位置，然后再将临界流动发生位置与实际破口流道的出口位置进行比对，如果临界流动发生位置与实际的破口流道的出口位置不一致时，则需要对临界流速进行修正，重复步骤S2至S5，直到临界流动发生位置与实际破口流道的出口位置一致时，该临界流动发生位置的临界质量流速即为破口流道内发生临界时的临界质量流速；S6：计算容器内工质的压力；所述的S6：计算容器内工质的压力，其容器内工质的压力计算模型为： 式中：PJ-1——容器发生破口泄露后第J-1个时间步长的内部压力，Pa； ——容器发生破口泄露后第J个时间步长的容器内工质的密度，kgm3；vg——容器内工质中压力PJ对应的干饱和蒸汽的比体积，m3kg；vl——容器内工质中压力PJ对应的饱和液体的比体积，m3kg； ——容器发生破口泄露后第J个时间步长的工质干度；PJ——容器发生破口泄露后第J个时间步长的内部压力，Pa； ——第J个时间步长计算所用的临界质量流速，kgm2·s；Ae——裂纹入口面积，m2；Vvol——容器本体容积，m3； ——容器内工质密度对容器内压力的微分，PJ-1为压力下的饱和液体和干饱和蒸汽的比体积；S7：计算容器内的换热量；所述的S7：计算容器内的换热量，采用如下容器内工质换热模型计算： 式中： Qvg——换热量，J；Tw——壁面温度，K；Tf——气液混合工质温度，K；Rv——容器壁面导热热阻，K·W-1；Rf——气液混合工质导热热阻，K·W-1；Δt——时间步长，s；D——容器直径，m；δ——容器厚度，m；kv——容器导热系数，Wm·K；H——容器高度，m；Af——气液混合工质与流体的接触面积，m2；kf——气液混合工质的导热系数，Wm·K；S8：计算容器的系统温度；所述的S8：计算容器的系统温度，包括计算容器内气相工质温度Tg、容器内液相工质温度Tl和容器本体温度S9：循环步骤S2-S8，直至容器内的压力与环境压力达到平衡后结束计算。

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百度查询： 西安交通大学 一种带破口高压气体容器临界流释放过程数值计算方法

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