本發(fā)明屬于建模仿真，尤其涉及一種二氧化碳自增壓供給建模方法、計算方法、設(shè)備、存儲介質(zhì)及產(chǎn)品。

背景技術(shù)：

1、二氧化碳具有穩(wěn)定、低成本、無毒、無污染等特點，被作為冷卻介質(zhì)冷卻高溫部件，對高溫部件的熱防護效果起著至關(guān)重要的作用。二氧化碳供應(yīng)壓力與溫度等物性參數(shù)受二氧化碳供應(yīng)系統(tǒng)影響，為預(yù)測供應(yīng)系統(tǒng)的性能，需對供應(yīng)過程進行精確建模。

2、根據(jù)驅(qū)動方式的不同，二氧化碳供應(yīng)系統(tǒng)可分為泵壓式和擠壓式。泵壓式二氧化碳供應(yīng)系統(tǒng)依靠泵推動二氧化碳流動，運行時需要電源，增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性。根據(jù)供應(yīng)壓力是否恒定，擠壓式二氧化碳供應(yīng)系統(tǒng)又可分為高壓氣體擠壓供應(yīng)系統(tǒng)與自增壓供應(yīng)系統(tǒng)。高壓氣體擠壓供應(yīng)系統(tǒng)通過高壓氣體擠壓二氧化碳，維持二氧化碳壓力恒定，但需要配置一個高壓氣瓶，導(dǎo)致系統(tǒng)成本和重量增加。自增壓供應(yīng)系統(tǒng)中，二氧化碳的壓力會逐漸降低，一旦壓力低于飽和蒸氣壓，部分液體就會汽化，由此產(chǎn)生的蒸氣將補償二氧化碳壓力，使其壓力保持相對穩(wěn)定。自增壓供應(yīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單可靠，但在供應(yīng)過程中，二氧化碳的物理參數(shù)會發(fā)生變化。因此，為掌握自增壓供給系統(tǒng)性能，需對自增壓供給系統(tǒng)進行精確建模。

3、自增壓供應(yīng)模型運用較為廣泛的是zilliac與karabeyoglu所建立的模型（以下簡述zk模型）。zk模型將二氧化碳分為三個區(qū)域：液相區(qū)、氣相區(qū)和飽和薄層區(qū)，液相區(qū)與氣相區(qū)的傳熱傳質(zhì)過程通過薄層進行，并假設(shè)蒸氣質(zhì)量等于薄層凈吸收熱與二氧化碳汽化潛熱之比。為了使zk模型的計算值與試驗結(jié)果吻合，氣體產(chǎn)生質(zhì)量需乘以系數(shù)k，對于不同試驗裝置及不同供給介質(zhì)，系數(shù)k需進行試驗標(biāo)定。

4、zimmerman等人進行了自增壓供應(yīng)實驗，發(fā)現(xiàn)相變不僅發(fā)生在氣液表面，而且在自增壓供應(yīng)過程中，液體內(nèi)部會強烈沸騰，zilliac等人對蒸氣質(zhì)量的假設(shè)與zimmerman的實驗現(xiàn)象不一致。對于自增壓供給系統(tǒng)，必須正確模擬從液相區(qū)到氣相區(qū)的傳質(zhì)速率，才能獲得合理的供給壓力預(yù)測，因此有必要建立新的模型來表征蒸氣質(zhì)量。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種建模方法、計算方法、設(shè)備、存儲介質(zhì)及產(chǎn)品，以解決傳統(tǒng)zk模型中，對于不同試驗裝置和不同供給介質(zhì)，需要通過試驗標(biāo)定獲取系數(shù)k，標(biāo)定過程復(fù)雜導(dǎo)致zk模型計算復(fù)雜的問題。

2、本發(fā)明是通過如下的技術(shù)方案來解決上述技術(shù)問題的：一種二氧化碳自增壓供給建模方法，所述建模方法包括：

3、根據(jù)儲氣罐內(nèi)二氧化碳的形態(tài)將儲氣罐劃分為液相區(qū)、氣相區(qū)、液相側(cè)壁面和氣相側(cè)壁面；

4、根據(jù)質(zhì)量守恒和能量守恒原理，分別構(gòu)建所述液相區(qū)、氣相區(qū)、液相側(cè)壁面和氣相側(cè)壁面的二氧化碳數(shù)學(xué)模型；其中，所述液相區(qū)的二氧化碳數(shù)學(xué)模型為：

5、；

6、，；

7、，；

8、，；

9、其中，ml、ρl、ul、pl和vl分別表示液態(tài)二氧化碳的質(zhì)量、密度、比內(nèi)能、壓力和體積，t表示供給時間，dt表示供給時間增量，d(mlul)表示在供給時間增量dt內(nèi)液態(tài)二氧化碳的內(nèi)能增量，mvap表示蒸氣質(zhì)量流量，moutlet表示供給質(zhì)量流量，hl表示液態(tài)二氧化碳的比焓，h'g表示飽和氣的比焓，qwl表示液相側(cè)壁面與液相區(qū)之間的熱流量，qlg表示氣相區(qū)與液相區(qū)之間的熱流量，pg、vg分別表示氣態(tài)二氧化碳的壓力、體積，dvg表示在供給時間增量dt內(nèi)氣態(tài)二氧化碳的體積增量，f(?)表示span-wagner狀態(tài)方程，x表示二氧化碳干度，awl表示液相側(cè)壁面與液態(tài)二氧化碳的接觸面積，bwl表示液相側(cè)壁面與液態(tài)二氧化碳的傳熱系數(shù)，twl表示液相側(cè)壁面溫度，tl表示液相區(qū)溫度，agl表示氣態(tài)二氧化碳與液態(tài)二氧化碳的接觸面積，bgl表示氣態(tài)二氧化碳與液態(tài)二氧化碳的傳熱系數(shù)，tg表示氣相區(qū)溫度；

10、所述氣相區(qū)的二氧化碳數(shù)學(xué)模型為：

11、；

12、，，；

13、其中，mg、ρg和ug分別表示氣態(tài)二氧化碳的質(zhì)量、密度和比內(nèi)能，d(mgug)表示在供給時間增量dt內(nèi)氣態(tài)二氧化碳的內(nèi)能增量，qwg表示氣相側(cè)壁面與氣相區(qū)之間的熱流量，awg表示氣相側(cè)壁面與氣態(tài)二氧化碳的接觸面積，bwg表示氣相側(cè)壁面與氣態(tài)二氧化碳的傳熱系數(shù)，twg表示氣相側(cè)壁面溫度；

14、所述液相側(cè)壁面的二氧化碳數(shù)學(xué)模型為：

15、；

16、其中，msl表示液相側(cè)壁面的質(zhì)量，cp表示固體壁面比熱容，dtwl表示在供給時間增量dt內(nèi)液相側(cè)壁面溫度增量；

17、所述氣相側(cè)壁面的二氧化碳數(shù)學(xué)模型為：

18、；

19、其中，msg表示氣相側(cè)壁面的質(zhì)量，dtwg表示在供給時間增量dt內(nèi)氣相側(cè)壁面溫度增量。

20、進一步地，所述蒸氣質(zhì)量流量mvap的計算公式為：

21、；

22、其中，dt表示供給時間增量。

23、進一步地，根據(jù)自然對流公式求解液相側(cè)壁面與液態(tài)二氧化碳的傳熱系數(shù)bwl、氣態(tài)二氧化碳與液態(tài)二氧化碳的傳熱系數(shù)bgl、氣相側(cè)壁面與氣態(tài)二氧化碳的傳熱系數(shù)bwg。

24、基于同一構(gòu)思，本發(fā)明提供一種二氧化碳自增壓供給參數(shù)計算方法，包括：

25、步驟s1：獲取儲氣罐內(nèi)二氧化碳為全液態(tài)時液態(tài)二氧化碳的壓力pl和質(zhì)量ml、供給質(zhì)量流量moutlet、儲氣罐體積v、儲氣罐高度h、儲氣罐內(nèi)徑d、儲氣罐質(zhì)量ms以及固體壁面比熱容cp；

26、步驟s2：根據(jù)液態(tài)二氧化碳的壓力pl和質(zhì)量ml、供給質(zhì)量流量moutlet、儲氣罐體積v、儲氣罐高度h、儲氣罐內(nèi)徑d、儲氣罐質(zhì)量ms以及固體壁面比熱容cp計算液相區(qū)溫度tl、液相側(cè)壁面溫度twl、液態(tài)二氧化碳的密度ρl、比內(nèi)能ul和比焓hl；

27、步驟s3：根據(jù)儲氣罐內(nèi)二氧化碳為全液態(tài)時液相區(qū)和液相側(cè)壁面的二氧化碳數(shù)學(xué)模型計算液態(tài)二氧化碳的壓力pl、液相區(qū)溫度tl、液相側(cè)壁面溫度twl、液態(tài)二氧化碳的密度ρl、比內(nèi)能ul和比焓hl、二氧化碳干度x以及液相側(cè)壁面與液相區(qū)之間的熱流量qwl；

28、步驟s4：判斷二氧化碳干度x是否大于0且小于1，若否，則供給時間t增加，并轉(zhuǎn)入步驟s3；若是，則轉(zhuǎn)入步驟s5；

29、步驟s5：根據(jù)如上所述的二氧化碳自增壓供給建模方法中液相區(qū)、氣相區(qū)、液相側(cè)壁面和氣相側(cè)壁面的二氧化碳數(shù)學(xué)模型計算液相側(cè)壁面與液相區(qū)之間的熱流量qwl、氣相側(cè)壁面與氣相區(qū)之間的熱流量qwg、氣相區(qū)與液相區(qū)之間的熱流量qlg、液相側(cè)壁面溫度twl、氣相側(cè)壁面溫度twg；

30、步驟s6：計算液態(tài)二氧化碳的密度ρl、比內(nèi)能ul、壓力pl、質(zhì)量ml和體積vl、液相區(qū)溫度tl、蒸氣質(zhì)量流量mvap、飽和氣的比焓h'g、二氧化碳干度x、氣態(tài)二氧化碳的質(zhì)量mg、密度ρg、比內(nèi)能ug、壓力pg和體積vg、氣相區(qū)溫度tg、液相區(qū)高度hl、氣相區(qū)高度hg；

31、步驟s7：判斷氣態(tài)二氧化碳的壓力pg是否小于或等于液態(tài)二氧化碳的壓力pl，若否，則氣態(tài)二氧化碳體積vg增加，并轉(zhuǎn)入步驟s8；若是，則更新液態(tài)二氧化碳的質(zhì)量ml，并轉(zhuǎn)入步驟s9；

32、步驟s8：計算液態(tài)二氧化碳的密度ρl、比內(nèi)能ul、壓力pl和體積vl、液相區(qū)溫度tl、密度ρg、比內(nèi)能ug、壓力pg和體積vg、氣相區(qū)溫度tg、液相區(qū)高度hl、氣相區(qū)高度hg，并轉(zhuǎn)入步驟s7；

33、步驟s9：判斷液態(tài)二氧化碳的質(zhì)量ml是否小于等于0，若是，則完成二氧化碳自增壓供給參數(shù)的計算，若否，則供給時間t增加，轉(zhuǎn)入步驟s5。

34、進一步地，所述步驟s3中，當(dāng)儲氣罐內(nèi)二氧化碳為全液態(tài)時，液相區(qū)的二氧化碳數(shù)學(xué)模型為：

35、；

36、，，；

37、所述液相側(cè)壁面的二氧化碳數(shù)學(xué)模型為：

38、；

39、其中，f(?)表示span-wagner狀態(tài)方程，dt表示供給時間增量，d(mlul)表示在供給時間增量dt內(nèi)液態(tài)二氧化碳的內(nèi)能增量，dtwl表示在供給時間增量dt內(nèi)液相側(cè)壁面溫度增量。

40、進一步地，所述步驟s8中，液態(tài)二氧化碳的質(zhì)量ml的更新公式為：

41、；

42、其中，m'l表示更新后的液態(tài)二氧化碳的質(zhì)量，ml表示更新前的液態(tài)二氧化碳的質(zhì)量。

43、基于同一構(gòu)思，本發(fā)明還提供一種電子設(shè)備，包括存儲器、處理器以及存儲在存儲器上的計算機程序/指令，所述處理器執(zhí)行所述計算機程序/指令以實現(xiàn)如上所述的二氧化碳自增壓供給建模方法或二氧化碳自增壓供給參數(shù)計算方法。

44、基于同一構(gòu)思，本發(fā)明還提供一種計算機可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有計算機程序/指令，該計算機程序/指令被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)如上所述的二氧化碳自增壓供給建模方法或二氧化碳自增壓供給參數(shù)計算方法。

45、基于同一構(gòu)思，本發(fā)明還提供一種計算機程序產(chǎn)品，包括計算機程序/指令，該計算機程序/指令被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)如上所述的二氧化碳自增壓供給建模方法或二氧化碳自增壓供給參數(shù)計算方法。

46、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：

47、本發(fā)明提供的一種二氧化碳自增壓供給建模方法，對于不同試驗裝置和不同供給介質(zhì)，無需通過試驗標(biāo)定系數(shù)k，避免了系數(shù)k的標(biāo)定，簡化了二氧化碳自增壓供給參數(shù)的計算；同時，根據(jù)本發(fā)明構(gòu)建的二氧化碳數(shù)學(xué)模型能夠很好地預(yù)測自增壓供應(yīng)過程中二氧化碳供應(yīng)參數(shù)的變化，表明本發(fā)明構(gòu)建的二氧化碳數(shù)學(xué)模型具有較好的預(yù)測精度。