Implementation of the hierarchical approach in the mathematical modelling of once-through steam generators

Abstract

A comprehensive system analysis of a once-through steam generator was carried out as well as a multilevel structure of its model was developed. The application of the procedure of decomposition of a complex object at the initial stages of modeling made it possible to single out multidimensional subsystems of directed action. This makes it possible to use advanced computer simulation software. We distinguished the subsystems of the steam generator as a whole, the subsystem of the steam generator, including the screen tubes, separator, mixer, filter, circulation pump, and connecting pipelines in the resulting structural model. The zones of screen tubes determined by the state of the working medium (heating zone with a single-phase medium, evaporation zone I and evaporation zone II with a two-phase medium), finite-dimensional models of screen tube sections of heating and evaporation zones we considered separately. It was found that the models of zero-level subsystems are described by systems of differential and algebraic equations, between the internal variables of which there is no cause-effect relationship. Any subsystem of the first and higher levels can be represented by a subset of subsystems of the immediately lower levels and a set of oriented connections between them. The principle of recurrent explanation was implemented in the problem of simulating a once-through steam generator. The set-theoretic, matrix and graphical methods are used to describe the relationships between subsystems. It is shown that hierarchical models are forms of description, ready for implementation in high-level programming languages. Systematic analysis of processes, technology and design of a once-through steam generator, as well as the proposed research methodology in the time and frequency domains, the calculation methods and simulation methods used, allows you to select the types and classes of mathematical models, forms of their presentation, as well as software.

Проведено комплексний системний аналіз прямоточного парогенератора, розроблена багаторівнева структура його моделі. Застосування процедури декомпозиції складного об'єкта на початкових етапах моделювання дозволило виділити багатовимірні підсистеми спрямованої дії. Це дає можливість застосування розвинених програмних засобів комп'ютерної імітації. В отриманій структурної моделі виділені підсистеми парогенератора в цілому, підсистеми парогенератора, що включає в себе екранні трубки, сепаратор, змішувач, фільтр, циркуляційний насос, з'єднувальні трубопроводи. Окремо було розглянуто зони екранних трубок, які визначаються станом робочого середовища (зона підігріву з однофазної середовищем, зона випаровування I і зона випаровування II з двофазної середовищем); кінцевомірні моделі секцій екранних трубок зон підігріву та випаровування. Встановлено, що моделі підсистем нульового рівня описуються системами диференціальних і алгебраїчних рівнянь, між внутрішніми змінними яких немає причинно-наслідкових відносин. Будь-яка підсистема першого і вищого рівня може бути представлена підмножиною підсистем безпосередньо нижчих рівнів і безліччю орієнтованих зв'язків між ними. У задачі моделювання прямоточного парогенератора був реалізований принцип рекурентного пояснення. Для опису взаємозв'язків підсистем використані теоретико-множинні, матричні і графічні способи. Показано, що ієрархічні моделі, виявляються формами опису, готовими для реалізації в мовах програмування високого рівня. Використання системного аналізу процесів, технології та конструкції прямоточного парогенератора, а також передбачуваної методології досліджень в тимчасовій і частотній областях, використовуваних розрахункових методів і методів імітації дозволяє вибрати типи і класи математичних моделей, форми їх подання, а також програмні засоби.