本发明属于核反应堆热工水力计算，具体涉及到一种换热器污垢层厚度与孔隙率预测计算方法。
背景技术：
1、换热器在促进两种或两种以上流体之间的热传递的广泛工业应用中起着至关重要的作用。它可以在温度不同的两种流体之间进行热传递，而不需要直接接触。每种流体的热通过对流和流体与隔开它们的热交换器壁之间的传导来传递。换热器的应用覆盖了广泛的工业部门，包括石油工业、石油化工部门、污水处理和热电厂。
2、当不需要的物质在换热器的内表面积聚时，换热器就会结垢，从而增加热阻，降低热效率。污物导热性通常较差，这会导致传热率下降。它对流体截面也有影响，从而增加了压力降，降低了出口温度。污垢的其他负面后果包括工艺管束堵塞、腐蚀和污染。一般来说，这种影响会导致生产损失，增加维护和清洁成本。与换热器污垢相关的成本取决于其设计、所处理的流体的性质以及操作条件。污垢分析对于提高工艺效率、降低成本、避免工厂停产是非常有用的。
3、颗粒性杂质和可溶性杂质是换热器两种最常见的杂质，随着换热器的长期运行，可溶性杂质进入污垢层的空隙中，使得污垢层的孔隙率变小，老化变硬，实际过程中很难实时监测这种变化。此外，污垢层孔隙率的测量也是目前工业中的一个难点，对换热器污垢层的生长与孔隙率随老化变化的过程有利于更深入了解污垢层，并为污垢热阻的计算提供了进一步支持。
技术实现思路
1、为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种换热器污垢层厚度与孔隙率预测计算方法，该方法能够运用计算流体力学手段预测换热器内污垢层随着时间的厚度以及孔隙率的变化。
2、为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
3、一种换热器污垢层厚度与孔隙率预测计算方法：包括如下步骤：
4、步骤1：建立换热器三维几何模型：使用三维建模软件solidworks建立换热器三维几何模型，包括换热器筒体，传热管束以及支承板；
5、步骤2：运用网格划分软件对步骤1中的换热器三维几何模型进行网格划分；
6、步骤3：将步骤2划分的网格导入计算流体力学软件中中，设置换热器的运行压力、温度、流量以及颗粒性杂质和可溶性杂质两种杂质的换热器入口浓度；
7、步骤4：假定当前时刻为t，使用换热器沉积计算模型对δt时间内颗粒性杂质的沉积质量δmp及可溶性杂质的沉积质量δms进行计算；
8、步骤5：计算t+δt时刻颗粒性杂质沉积后的沉积厚度和孔隙率，具体步骤如下：
9、步骤5-1：计算颗粒性杂质沉积后污垢层厚度
10、污垢层中只含有颗粒性杂质时污垢层的孔隙率最大，当含有可溶性杂质沉积时，可溶性杂质进入颗粒杂质的空隙中导致沉积层空隙率变小；假设只含有颗粒性杂质时污垢层的孔隙率为φmax，根据步骤4中计算的δt时间内颗粒性杂质的沉积质量δmp，计算δt时间内颗粒性杂质沉积后的污垢层厚度变化：
11、
12、其中：
13、l(δt)——δt时间内颗粒性杂质沉积后的污垢层厚度变化，m；
14、δmp——δt时间内单位表面积的沉积质量，kg/m2；
15、ρ——污垢层基体的密度，kg/m3；
16、φmax——只含有颗粒性杂质时污垢层的孔隙率；
17、因此，t+δt时刻颗粒性杂质沉积后的污垢层厚度为：
18、
19、其中l(2)(t)为t时刻可溶物沉积后更新的污垢层厚度，在初始时刻t＝0时，l(2)(t)＝0；
20、步骤5-2：计算颗粒性杂质沉积后污垢层孔隙率
21、颗粒性杂质沉积δt时间后，新形成的污垢层孔隙率为φmax，之前t时间内污垢层的孔隙率不变，因此颗粒沉积后的孔隙率为：
22、
23、其中：
24、x——污垢层内点到沉积壁面的距离；
25、φ(2)(x,t)——t时刻可溶物沉积后更新的污垢层孔隙率；
26、步骤6：更新可溶性杂质沉积后的沉积厚度和孔隙率：可溶物沉积时，会将颗粒性杂质沉积层中的空隙填充，假设空隙填充后的最小孔隙率φmin，若可溶性杂质沉积的量少，不足以使空隙率填充到孔隙率最小值，则需要对污垢层的孔隙率进行重新计算；若可溶性杂质的量足以将空隙填充到最小，则沉积层的孔隙率变为φmin，并对沉积层的厚度进行重新计算；具体步骤如下：
27、步骤6-1：计算将污垢层填充到最小孔隙率φmin所需要的可溶性杂质质量δms,full：
28、
29、步骤6-2：根据步骤4中计算的δt时间内可溶性杂质的沉积质量δms更新可溶性杂质沉积后的污垢层厚度：
30、
31、步骤6-3：根据步骤4中计算的δt时间内可溶性杂质的沉积质量δms更新可溶性杂质沉积后的污垢层孔隙率：
32、
33、其中：φ(1)(t+δt)——t+δt时刻颗粒沉积后的孔隙率；
34、步骤7：重复步骤4到步骤6，直到计算时间满足要求，进行换热器长期运行条件下污垢厚度和孔隙率预测。
35、优选的，为获得高质量的网格，使用纯六面体网格对计算域进行网格划分。
36、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
37、1)由于该计算方法考虑了不同厚度处不同孔隙率的大小，实现了污垢层厚度更加精准的预测；
38、2)由于该计算方法涵盖污垢瞬态变化模型，因此能够预测随着时间的发展，污垢层老化过程中孔隙率的变化；
39、3)方法创新，模型独立，可根据要求选择不同类型换热器以及不同类型的求解器。
1.一种换热器污垢层厚度与孔隙率预测计算方法：其特征在于：包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种换热器污垢层厚度与孔隙率预测计算方法：其特征在于：步骤2中，为获得高质量的网格，使用纯六面体网格对计算域进行网格划分。
