一种自动搜索并联通道流动不稳定性边界的方法与流程

本发明属于热工水力控制技术领域，特别是涉及自动搜索并联通道流动领域。

背景技术：

流动不稳定性是指恒幅值或变幅值的流动脉动。沸腾流道因含汽率的变化，引起混合物密度发生变化，可能导致两相流动脉动。流动不稳定性可能发生在锅炉水冷壁、反应堆、石油、化工、制冷等工业系统中具有大量并联管或通道的设备中。流动不稳定性的危害主要表现在：(1)流动脉动导致的机械振动和热应力交变加速设备疲劳；(2)干扰控制；(3)影响局部传热特性，造成沸腾危机提前发生。为了避免流动不稳定性，必须在设备设计阶段对其进行预测和分析，以便采取有效的防范措施。流动不稳定性的研究方法有实验法和理论分析法。理论分析法经济、方便、受条件限制少，但准确性较差。实验法结果可靠，但投入大。这两种方法相辅相成、互为补充，通常为了验证理论分析的结果，必须进行实验研究。

在工业系统中，通过在并联管或通道入口增设阻力以抑制流动不稳定性，入口阻力过小将不能有效抑制流动不稳定性，而入口阻力过大将造成较大压头损失。因而寻找流动不稳定性的边界，进而确定并联管或通道的入口阻力变得尤为重要。实验过程中，往往通过并联管或通道前的调节阀调节入口阻力，但当并联管或通道数量过多时，由于通道之间互相影响，人为逐一调节入口阻力将对整个系统的流量分配产生不可预知的影响，从而使得通过人为经验逐一调节并联管或通道入口阻力以找寻流动不稳定边界变得十分困难。本专利提出一种利用自动控制技术自动搜索并联通道流动不稳定性边界的方法，该方法将极大提升实验中搜寻并联通道流动不稳定性边界的效率，降低人员工作负荷。

技术实现要素：

本专利旨在于提供一种利用自动控制技术在实验中自动搜索并联通道流动不稳定性边界的方法，解决并联管或通道数量过多时，通过人为调节并联管或通道入口阻力以找寻流动不稳定边界的困难，同时提升实验中搜寻并联通道流动不稳定性边界的效率，降低人员工作负荷。

一种自动搜索并联通道流动不稳定性边界的方法，步骤如下：

测量流量脉动幅度：打开管或通道的入口阀门，并将所述入口阀门开度从小到大逐渐开启，监测所述入口阀门的流量；

判断阈值：所述入口阀门的流量瞬态值与时均值相差与指定值的比较；

改变阀门开度设定值：若所述入口阀门流量瞬态值与时均值相差≤指定值，则增大阀门开度设定值，通过自动控制算法调节阀门开度以达到设定值；如若所述入口阀门流量瞬态值与时均值相差＞指定值，则通过自动控制算法微调所述入口阀门开度以使质量流速达到设定值；

所述指定值可选为10％、8％或5％中的一个。

本专利利用自动控制技术在实验中自动快速搜索并联通道流动不稳定性边界，解决并联管或通道数量过多时，人为调节并联管或通道入口阻力以找寻流动不稳定边界的困难，提升了搜寻并联通道流动不稳定性边界的效率，降低人员工作负荷，节省实验成本。

附图说明

图1为并联通道流动不稳定性边界实验示意图；

图2为采用自动控制技术自动搜索并联通道流动不稳定性边界方法原理示意图；

图3为matlab/simulink平台实现自动搜索并联通道流动不稳定性边界方法；

图4为流量振荡表征模块；

图5为并联管或通道入口调节阀门开度给定值模块；

图6为并联管或通道入口调节阀门开度自动调节模块。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

下面在matlab/simulink平台上说明本专利提出方法如何进行实施。

其总体实现方法如图3所示。

下面对每个模块分别阐述其作用。

图4所示模块为表征流量振荡大小，通过比较瞬态流量值和时均值的偏差百分比确定流动不稳定性的大小。

图5是确定并联管或通道入口调节阀门开度给定值模块，该模块的核心是一个选择器，当流量振荡大于阈值时，阀门开度给定值保持不变，当流量振荡小于阈值时，增大阀门开度给定值减小入口阻力，探求稳定边界。

图6是自动调节并联管或通道入口调节阀门开度模块，该模块的核心是一个选择器，当流量振荡大于阈值时，说明系统仍处于不稳定状态，调节的策略是使用pid算法调节入口阀门开度使得每根管或通道的流量值与流量给定值相等，流量给定值根据总流量和管或通道的流通面积计算得到，以确保每根管或通道的质量流速一致。当流量振荡小于阈值时，说明系统处于稳定状态，可增大入口阀门开度以继续探求稳定边界，此时的调节策略是使用pid算法调节入口阀门开度跟随阀门开度设定值的变化。

总结而言，本专利提出的自动搜索并联通道流动不稳定性边界的方法是：

(1)每根管或通道的入口阀门开度从较小值开始不断增大，直到在某一开度下不能维持流量稳定，该开度对应的入口阻力即为流动不稳定性边界。

(2)在管或通道的入口阀门某一开度下，持续监测入口流量，若入口流量瞬态值与时均值相差在一定范围之内，说明该阀门开度下流动稳定，则增大阀门开度设定值，通过自动控制算法调节阀门开度以达到设定值。如若入口流量瞬态值与时均值相差超过一定范围，说明该阀门开度下流动不稳定，则通过自动控制算法微调阀门开度以使质量流速达到设定值。一般情况下，维持每根管或通道的质量流速相同可最大程度维持流动稳定。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。上述实施例或实施方式只是对本发明的举例说明，本发明也可以以其它的特定方式或其它的特定形式实施，而不偏离本发明的要旨或本质特征。因此，描述的实施方式从任何方面来看均应视为说明性而非限定性的。本发明的范围应由附加的权利要求说明，任何与权利要求的意图和范围等效的变化也应包含在本发明的范围内。

技术特征：

1.一种自动搜索并联通道流动不稳定性边界的方法，其特征在于，步骤如下：

测量流量脉动幅度：打开管或通道的入口阀门，并将所述入口阀门开度从小到大逐渐开启，监测所述入口阀门的流量；

判断阈值：所述入口阀门的流量瞬态值与时均值相差与指定值的比较；

改变阀门开度设定值：若所述入口阀门流量瞬态值与时均值相差≤指定值，则增大阀门开度设定值，通过自动控制算法调节阀门开度以达到设定值；如若所述入口阀门流量瞬态值与时均值相差＞指定值，则通过自动控制算法微调所述入口阀门开度以使质量流速达到设定值；

所述指定值可选为10％、8％或5％中的一个。

技术总结
本发明公开了一种自动搜索并联通道流动不稳定性边界的方法，测量流量脉动幅度、判断阈值、改变阀门开度设定值：若所述入口阀门流量瞬态值与时均值相差≤10％，则增大阀门开度设定值，通过自动控制算法调节阀门开度以达到设定值；如若所述入口阀门流量瞬态值与时均值相差＞10％，则通过自动控制算法微调所述入口阀门开度以使质量流速达到设定值。本技术利用自动控制技术在实验中自动快速搜索并联通道流动不稳定性边界，解决并联管或通道数量过多时，人为调节并联管或通道入口阻力以找寻流动不稳定边界的困难，提升了搜寻并联通道流动不稳定性边界的效率，降低人员工作负荷，节省实验成本。

技术研发人员：张光新;王明路;陈嘉彧;周振德;巢孟科;付在伟;李文韬;于卫平;王国强;于泳洋;李涛;马骏;郑添;顾诞英;张淑慧
受保护的技术使用者：上海核工程研究设计院有限公司
技术研发日：2020.07.02
技术公布日：2020.10.02