船用核动力二回路热力系统动态仿真_张杨伟
某船核动力装置二回路蒸汽排放系统设计
某船核动力装置二回路蒸汽排放系统设计贺 军1,2（1上海交通大学 机械与动力工程学院 上海200240；2.中国船舶及海洋工程设计研究院 上海200011）［摘 要］ 蒸汽排放系统是核动力装置的重要安全系统之一。
文中对蒸汽排放系统的功能、设计要素、排放类型、组成等内容进行简要分析，进而针对某船用核动力装置的蒸汽排放系统设计方案进行分析和验证，对船用核动力装置二回路系统设计技术具有一定的参考价值。
［关键词］核动力装置；蒸汽排放；减温减压器；冷凝器［中图分类号］ U664.15 ［文献标志码］A ［文章编号］1001-9855（2017）03-0048-06Design of steam discharge system on nuclear-powered shipHE Jun1,2(1. School of Mechanical and Power Engineering, Shanghai Jiaotong University, Shanghai 200240, China;2. Marine Design & Research Institute of China, Shanghai 200011, China)Abstract: Steam discharge system is one of the most important security system of the nuclear power unit. This research simply discusses the function, design factors, discharge types and component of the steam discharge system. Then, it analyzes and validates the design scheme of the steam discharge system of a marine nuclear power unit. It can provide reference for the design technology of the second-loop system on the marine nuclear power unit.Keywords:nuclear power unit; steam discharge; desuperheater and decompressor; condenser收稿日期：2016-11-02；修回日期：2016-12-18作者简介：贺 军（1984-），男，高级工程师。
多参数迭代的船用二回路系统热平衡计算方法
多参数迭代的船用二回路系统热平衡计算方法崔佳林;杨自春;张磊【摘要】According to types of equipment and operation characteristics of Marine nuclear power plant, the method of steam consumption computing of main secondary circuit equipment is given. A multi-parameter iteration heat balance com-puting model is established on the basis of considering practical features such as multi-equipment, multi-mode and strong coupling of secondary circuit. The known parameters are used to verify the established heat balance model and the comput-ing precision. The steam and water flow rate and the matching feature of peculiar equipment of nuclear power plant under three typical operating conditions are analyzed, and the efficiency of power plant under different operating conditions is achieved. Through the research result of secondary circuit, technology references are provided for the study of variable oper-ation and design optimization.%针对船用核动力装置的设备类型和运行特点,给出了二回路系统主要设备耗汽量计算方法.考虑二回路系统设备繁多、工况多变、耦合性强等实际特点,建立了基于多参数迭代法的热平衡计算模型.利用已知参数验证所建立热平衡模型和编制程序的计算精度.分析了3种典型工况下核动力装置特有设备的汽水流量及状态参数的匹配特性,得出了不同工况下的装置效率.相应研究成果可为船用核动力二回路系统的变工况运行研究和设计优化提供技术借鉴和参考.【期刊名称】《舰船科学技术》【年(卷),期】2018(040)006【总页数】6页(P79-83,109)【关键词】核动力;二回路;热平衡;多参数迭代方法【作者】崔佳林;杨自春;张磊【作者单位】海军工程大学动力工程学院舰船高温结构复合材料研究室,湖北武汉 430033;海军工程大学动力工程学院舰船高温结构复合材料研究室,湖北武汉430033;海军工程大学动力工程学院舰船高温结构复合材料研究室,湖北武汉430033【正文语种】中文【中图分类】U664.150 引言船用核动力二回路系统承担着将一回路释放的热能转换为机械能和电能的任务[1]。
船用核动力二回路热力系统动态仿真
２ ０ 年９ ０ ８ 月
原
子
能
科
学
技
术
Ｖｏ ． １ ４２， ｐ ． Ｓｕ ｐ１ Ｓｅ ｐ． ２ ０ ０８
Ａｔ ｏｍｉ ｃ Ｅｎｅ ｇ ｃ ｅ ｅ ａ ｄ Ｔｅ ｈｎｏ ｏ ｙ ｒ ｙ Ｓ ｉｎｃ ｎ ｃ ｌｇ
船 用核 动 力 回路热 力 系统 动态 仿真
关键 词 ： 船用 核 动 力 ； 和 蒸 汽 ； 真 模 型 ； 行 安 全 分 析 饱 仿 运 中 图分 类 号 ： ２ ２ ＴＫ ６ 文献标志码： Ａ 文 章 编 号 ：０ ０６ ３ （ ０８ Ｓ 一１６０ １ ０ｏ ｅ ｏ ｄ ｒ ｏ ｆＭ ａ ｉ ｃ ｅ ｒ Ｐｏ ｒ ｉ ｌ ｔｏ ｎ Ｓ ｃ ｎ ａ ｙ Ｌｏ ｐ ｏ ｒ ｎｅ Ｎｕ ｌ ａ ｗｅ
张 杨伟， 琦， 蔡 蔡章生
（ 海军 工 程 大 学 核 能 科学 与工 程 系 ， 湖北 武 汉 ４０３） ３ ０ ３
摘 要 ： 于船 用 核 动 力 装 置运 行 安 全 分 析 ， 立 了二 回 路 系 统 两 相 流 通 用 仿 真 软 件 模 型 ， 现 了人 工 干 基 建 实
预 条 件 下 复 杂 两 相流 流 体 网络 系 统 的动 态 特 性 实 时 仿 真 ， 拓展 了 目前 核 动 力 装 置 通 用 安 全 分 析 程 序 的 研 究 范 围 。以 二 回路 快 速 降 负 荷 为 例 ， 仿 真模 型 的性 能 进 行 了验 证 。结 果 表 明 ： 软 件 模 型 能 准 确 反 对 该 映船 用 二 回路 系 统 的 动态 特 性 ， 可用 于 事 故 处 置 规 程 和 控 制 系 统 功 能 的 验 证 。该 模 型 也 可用 于 核 电站 饱 和蒸 汽 系 统 仿 真 软 件 的开 发 。
船舶蒸汽动力系统设计方案的仿真验证
船舶蒸汽动力系统设计方案的仿真验证方伟明;张鹏飞;许建;彭学创;唐滢【摘要】10.3969/j.issn.1673-3185.2012.05.013% 为在设计初期对某船舶蒸汽动力系统的总体设计方案进行校核，提出了一种系统设计验证仿真方法。
首先，在系统初步设计方案的基础上补充完善仿真系统开发所需的设计数据；然后，采用RINSIM仿真平台工具进行模型开发，并通过建模与模型集成调试获得系统仿真模型；最后，进行仿真计算。
应用该方法开发了某船舶蒸汽动力系统设计验证仿真平台，并对系统的设计方案进行了校核。
结果表明：该设计验证仿真平台的稳态计算结果准确，动态趋势合理，适于对船舶蒸汽动力系统进行设计验证。
【期刊名称】《中国舰船研究》【年(卷),期】2012(000)005【总页数】8页(P71-78)【关键词】蒸汽动力系统;系统仿真;设计验证【作者】方伟明;张鹏飞;许建;彭学创;唐滢【作者单位】中国舰船研究设计中心,湖北武汉430064;中国舰船研究设计中心,湖北武汉430064;中国舰船研究设计中心,湖北武汉430064;中国舰船研究设计中心,湖北武汉430064;中国舰船研究设计中心,湖北武汉430064【正文语种】中文【中图分类】U664.11计算机技术的发展为复杂热力系统运行特性的定量分析奠定了坚实的物质基础，工程实际的迫切需求和现代计算机技术的进步则赋予了热力系统建模与仿真研究新的活力，国内外大批科研人员在此方面进行了广泛而深入的研究。
近年来，仿真技术已逐渐成为国际上大型复杂系统研制开发的有效途径和方法，其在缩短研制周期、降低研制费用和提高技术性能方面取得了重大成就。
我国在火电、核电以及船用蒸汽动力系统领域也开展了大量的仿真研究，例如，有些核电站仿真机借助可信的热力系统仿真模型，实现了全范围的实时仿真系统，解决了仪控系统仿真测试和操纵员培训等一系列问题；有的船用蒸汽动力系统在运行阶段采用系统仿真的手段进行故障诊断与事故预报等研究。
LNG船推进系统建模与仿真研究
分类号密级U D C 单位代码 10151 LNG船推进系统建模与仿真研究甘辉兵指导教师任光职称教授学位授予单位大连海事大学申请学位级别工学博士学科（专业）轮机工程论文完成日期 2011年12月答辩日期 2012年4月答辩委员会主席Modeling and Simulation of LNG Carrier Propulsion SystemDissertation Submitted toDalian Maritime UniversityIn partial fulfillment of the requirements for the degree ofDoctor of EngineeringbyGan Huibing(Marine Engineering)Dissertation Supervisor: Professor Ren GuangApril 2012大连海事大学学位论文原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重声明：本论文是在导师的指导下,独立进行研究工作所取得的成果，撰写成博士学位论文“LNG船推进系统建模与仿真研究”。
除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表或未公开发表的成果。
本声明的法律责任由本人承担。
学位论文作者签名：学位论文版权使用授权书本学位论文作者及指导教师完全了解大连海事大学有关保留、使用研究生学位论文的规定，即：大连海事大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。
本人授权大连海事大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文。
同意将本学位论文收录到《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》（中国学术期刊（光盘版）电子杂志社）、《中国学位论文全文数据库》（中国科学技术信息研究所）等数据库中，并以电子出版物形式出版发行和提供信息服务。
水下推进器热动力系统启动过程仿真数学模型
水下推进器热动力系统启动过程仿真数学模型
夏君;查志斌;徐德民
【期刊名称】《船舶工程》
【年(卷),期】1999(0)3
【摘要】以某型鱼雷动力推进系统为对象，在进行了必要的假设前提下，通过分析其工作过程，根据能量守恒、质量守恒以及工程热力学原理，建立了动力系统启动过程数学模型，并采用FORTRAN语言进行程序设计。
通过数字仿真，研究了固体药柱燃烧、固液混合燃烧以及液体燃料燃烧过程、燃烧室内压力和温度的瞬时变化及雷机桨匹配关系，同时也分析研究了进主燃料时间以及速制转换、鱼雷初始速度、航行深度等对启动过程的影响。
此外，通过与国外资料提供的动力系统启动计算结果进行比较，验证了模型的正确性。
【总页数】4页(P53-56)
【关键词】鱼雷;仿真;数学模型;水下推进器;热动力系统
【作者】夏君;查志斌;徐德民
【作者单位】西安精密机械研究所;西北工业大学
【正文语种】中文
【中图分类】U674.750.3;U674.750.2
【相关文献】
1.水下航行器热动力系统固体药柱燃烧模型与仿真 [J], 张进军;钱志博;杨杰;闫萍
2.水下热动力系统半实物仿真研究 [J], 罗凯;孙军亮;党建军;王育才
3.压力调节供应方式的鱼雷热动力系统启动过程匹配性研究 [J], 彭博;马为峰;孙军亮;赵卫兵;万荣华
4.电推进器动力系统卫星轨道优化控制仿真 [J], 韩寅奔;董泉润
5.水下热动力系统半实物仿真试验系统设计 [J], 孙开锋;赵宽明;李江红;符艳军因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于 RELAP5的汽轮机仿真模型研究
基于 RELAP5的汽轮机仿真模型研究代守宝;彭敏俊;田兆斐;姜昊【摘要】建立了一个能准确反映级内部非等熵过程及动态运行特性的汽轮机模型，并将其加载到RELAP5程序中，完成RELAP5汽轮机模型的改进。
改进的汽轮机模型是基于级内蒸汽的流动和做功特点，充分考虑了汽轮机结构参数以及汽轮机湿蒸汽流的非平衡两相凝结而形成的凝结冲波现象的影响。
通过RELAP5程序内部耦合接口的建立和输入处理子程序的修改，实现了汽轮机模型的加载。
以秦山一期300 MW核电厂汽轮机部件为对象，分别利用原RELAP5汽轮机模型和改进的汽轮机模型对其进行稳态和动态的仿真计算和比较分析。
结果表明，改进的汽轮机模型能更准确地反映汽轮机动态运行特性。
%The turbine model which can represent accurately non-isentropic process in the stage of turbine and system dynamic characteristics was developed and added into RELAP5 code ,and the improvement of the turbine model of RELAP5 was implemen-ted .The improved turbine model is based on the characteristics of steam flow and work transfer in the stage of turbine and considers adequately the impact of internal configura-tion parameters and oblique shock which is developed by non-equilibrium condensation of wet steamin turbine .Through building internal coupling interface and the modifying input processing subroutines ,turbine model was developed as a part of RELAP5 hydro-dynamic model . Taking the turbine of Qinshan 300 MW Nuclear Power Plant as an example ,the simulation calculation and comparative analysis were performed for both stead and dynamic cases respectively by both the original and the modified turbine mod-els inRELAP5 code .The results show that the modified turbine model can represent more accurately the dynamic operation characteristics of the turbine .【期刊名称】《原子能科学技术》【年(卷),期】2013(000)010【总页数】7页(P1799-1805)【关键词】汽轮机;仿真模型;RELAP5【作者】代守宝;彭敏俊;田兆斐;姜昊【作者单位】哈尔滨工程大学核科学与技术学院，黑龙江哈尔滨 150001; 中国船舶重工集团公司第703研究所，黑龙江哈尔滨 150078;哈尔滨工程大学核科学与技术学院,黑龙江哈尔滨,150001;哈尔滨工程大学核科学与技术学院,黑龙江哈尔滨,150001;中国船舶重工集团公司第703研究所,黑龙江哈尔滨,150078【正文语种】中文【中图分类】TL333核动力装置二回路系统与反应堆一回路系统具有很大的耦合性，在分析系统运行安全性时须考虑二回路系统动态过程对反应堆的影响。
基于RELAP5的船用核动力装置二回路数字模型
基于RELAP5的船用核动力装置二回路数字模型
王少武;彭敏俊;代守宝;成守宇;孙英杰
【期刊名称】《核动力工程》
【年(卷),期】2010(0)S1
【摘要】根据核动力装置二回路系统一种新的结构设计方案,结合
RELAP5/MOD3.4程序,建立了二回路汽轮机、冷凝器、给水泵及预热器等主要部件的物理模型。
对二回路主要部件进行了单一部件模型适应性验证分析,并探讨了系统分析程序的局部计算能力。
结果表明,RELAP5/MOD3.4程序模型的稳态计算结果与设计值基本吻合,动态计算也能够满足二回路主要部件的计算精度要求。
【总页数】5页(P114-118)
【关键词】二回路;汽轮机;冷凝器;RELAP5程序
【作者】王少武;彭敏俊;代守宝;成守宇;孙英杰
【作者单位】哈尔滨工程大学核科学与技术学院
【正文语种】中文
【中图分类】TL329
【相关文献】
1.船用核动力装置二回路PID神经网络解耦控制研究 [J], 孙建华;汪伟;郑可为
2.某船核动力装置二回路蒸汽排放系统设计 [J], 贺军
3.基于RELAP5的核动力装置故障诊断数据源研究 [J], 沈季;夏虹;苏应斌
4.基于多分类SVM的船用核动力装置主回路系统破口特征诊断技术研究 [J], 王
晓龙;蔡琦;张晓奇;陈玉清
5.基于ESD的船用核动力装置一回路系统失水事故的事件序列 [J], 蔡琦;谢海燕;张杨伟
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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第42卷增刊原子能科学技术Vo l.42,Suppl.2008年9月Atomic Ener gy Science and T echno logy Sep.2008船用核动力二回路热力系统动态仿真张杨伟,蔡 琦,蔡章生(海军工程大学核能科学与工程系,湖北武汉 430033)摘要:基于船用核动力装置运行安全分析,建立了二回路系统两相流通用仿真软件模型,实现了人工干预条件下复杂两相流流体网络系统的动态特性实时仿真,拓展了目前核动力装置通用安全分析程序的研究范围。
以二回路快速降负荷为例,对仿真模型的性能进行了验证。
结果表明:该软件模型能准确反映船用二回路系统的动态特性,可用于事故处置规程和控制系统功能的验证。
该模型也可用于核电站饱和蒸汽系统仿真软件的开发。
关键词:船用核动力;饱和蒸汽;仿真模型;运行安全分析收稿日期:2008-06-26;修回日期:2008-07-26作者简介:张杨伟(1978 ),男,浙江浦江人,讲师,博士研究生,核反应堆安全分析专业中图分类号:T K 262文献标志码:A 文章编号:1000-6931(2008)S0-0176-06Simulation on Secondary Loop of Marine Nuclear PowerZH A NG Yang -w ei,CAI Qi,CAI Zhang -sheng(D ep ar tment o f N uclear Ener gy S cience and Engineer ing ,N aval Univer sity of Engineer ing ,W uhan 430033,China)Abstract: Based on o perational safety analy sis of marine nuclear pow er,a g eneral tw o -phase flow simulatio n model for nuclear secondary loop system w as established,w hichcan fit the needs of rea-l time dynam ic sim ulation of com plex tw o -phase fluid netw o rks under m anual intervention conditio ns,and expand the r each field o f current g eneral safety analysis prog ram o f nuclear pow er plant.As an ex ample,the capability o f thesimulatio n model was validated by taking simulatio n o f r apidly pow er r educing co ndition of secondary loop.T he results indicate that the mo del reflects the dy nam ic character is -tics of seco ndary loo p system of m arine nuclear pow er properly ,and can be used to val-i date the accident treatm ent reg ulation and function o f contr ol sy stem.T he m odel can a-lso fit the needs of dev elo ping saturated steam system sim ulation softw are of nuclear pow er station.Key words:marine nuclear pow er;saturated steam;simulatio n m odel;operational safety analysis核电厂二回路热力系统与反应堆一回路系统具有很大的耦合性,在分析系统运行安全性时须考虑二回路系统动态过程对反应堆的影响。
因此,在现有基础上开发配套的二回路热力系统动态仿真软件成为一项重要的工作。
尤其对船用核动力装置而言,受船体空间布置的局限及海洋机动条件下负荷剧烈变化的影响,核动力系统的安全与二回路热力系统运行状态的关系更为密切。
以往相关文献[1-3]主要针对常规火电站蒸汽系统和压水堆电站二回路及核汽轮机的仿真研究,受对象和模型的限制,这些研究在处理船用核动力二回路热力系统两相流动问题和快速变负荷问题时存在一定的局限。
本文针对运行安全分析的需要,研究船用核动力二回路热力系统的动态仿真。
1 仿真对象分析受海洋条件和船舶机动状态的影响,船用核动力二回路系统在设备布置、运行管理等方面有其区别于常规电站蒸汽动力装置和核电站二回路系统。
在对其进行仿真建模时,需解决以下问题。
1)系统的复杂性。
船用二回路系统由蒸汽系统、凝给水系统、乏汽系统、疏水系统、滑油系统等几十个承担不同功能又相互关联的分系统组成,这就需建立多压力节点、多流线的计算模型,且各系统间不同的接口形式在仿真过程中必然需建立不同类型、复杂的接口边界。
在建模过程中,还必须进行复杂系统的简化,在保证计算精度的基础上减小计算量,提高软件运行的可信度和可靠性。
2)设备的多样性。
船用二回路系统包括各种类型的汽轮机、换热器、汽水分离器、汽动泵、电动泵、截止阀、安全阀、止回阀、管道等设备部件,不同的设备需分别建立不同的数学模型;在仿真计算过程中还须使用控制程序实现部分设备启动、运行、停止等不同运行状态间的转换。
3)主汽轮机运行工况快速变化带来的复杂的热工水力过程响应。
与常规电站汽轮机系统或核电站二回路系统不同,船用二回路系统常处于快速的负荷变化状态,即具有高度的机动性要求。
这种机动性要求对仿真软件的计算能力和模型的精度提出了更高的要求。
4)汽液两相流动模型。
随工况的快速变化和能量的转换,饱和蒸汽的热力性质也将发生剧烈变化,汽水两相间的交替过程更为复杂。
因此,必须选用高效的两相流动模型,且能够处理高速蒸汽流动中可能出现的临界流问题。
5)仿真软件的实时性和可交互性。
与传统安全分析软件不同,运行安全分析仿真软件必须具备实时甚至超实时的运算能力,且在运行过程中根据需要随时实现人工干预。
6)高效准确的数值算法。
多压力节点流体网络问题的计算过程必然生成大型的压力矩阵,且该矩阵的维数随节点划分数量的增加而增大。
应用高效的数值算法求解压力矩阵能够保证计算分析所要求的精度和运算过程的实时性。
上述问题既包含了核电厂二回路系统和船用核动力二回路系统仿真研究的共性特点,又反映了船用核动力二回路系统仿真的特殊性,本文仿真模型针对上述问题建立。
图1所示为本文仿真对象的流程示意图。
为保持仿真对象的完整性,对与该流程相关的辅蒸汽系统及辅凝水系统也进行了建模,图中仅给出了接口边界。
图1 二回路仿真示意图F ig.1 Scheme of seco ndar y lo op simulation2 仿真模型及软件实现2 1 基本守恒方程将系统的管路、设备根据功能及连接关系分割成若干仿真控制体,各控制体间通过流线连接。
对每个控制体分别建立不可凝气体质量方程,汽、液质量方程,汽、液动量方程,汽、液能量方程。
1)质量守恒方程长度为z ,截面积为A 的封闭管道控制体流体连续方程为:A( )n t + F nz=F bn z + nz(1)177增刊 张杨伟等:船用核动力二回路热力系统动态仿真式中: 为流体成分份额; 为流体密度;z 为流向坐标;F bn 为边界流量; n 表示由于控制体内流体成分(如液相和汽相的交替)改变引起的流量。
2)能量守恒方程A( h )f t =- (hF )fz+A( h sat + Q -W )f +h s F bn(2)式中: h sat 为流体发生相变时产生的能量; Q 为控制体与外界的热量交换;W 为驱动外部机械(汽轮机等)做功时消耗的能量;h s F bn 表示控制体有边界时流体能量的交换。
3)动量守恒方程控制体动量平衡受力示于图2。
图2 动量平衡示意图F ig.2 Scheme of mo mentum ba lance动量守恒方程为:d F f d t =- f A K u d p d z +f -f w +f -f f +K u f g - p pump +F bn v s(3)其中:K u 为单位制转换因子;f -f w 为流体与壁面的摩擦系数;f -f f 为流体间的摩擦系数; p pump 表示流道上有泵等动力构件时对流体的作用; F bn v s 表示控制体有边界时与边界流体质量交换产生的作用。
在处理汽液两相问题时,为简化并保证计算过程的稳定性,假定汽液两相具有相同相速度而不考虑汽液两相间的滑移效应,实践表明,这种假设能够满足动态仿真分析的精度要求。
2 2 汽液两相界面的传热假设汽液两相交界面内的工质对两相的热流密度没有影响,即 Q I = Q II = Q Ig ,Q I 为界面传热率; Q II 为液相向界面的传热率; Q Ig 为汽相向界面的传热率。
由此可得界面传热率:Q I =A I h I gk IX 0k I X 0+h Ig (T l -T g )(4)式中:h Ig 为汽相和界面的传热系数;k I /X 0为液相和界面的传热系数;计算中,假设传热界面的厚度X 0为恒定。
受汽液两相的体积及流体流速的影响,准确计算相间换热面积A I 很难。
本文运用大型热工水力分析程序RETACT 中的方法进行估算:A I =K g (1.0- g )2VR d(5)其中:K =3 0为面积常数;V 为流道体积;分散相的粒度Rd 则由下式计算:Rd =0.5W e crit l v 2avg(6)Rd =m ax (0.0015,m in (Rd ,12D h ))(7)其中:We crit =5为临界韦伯数; 为液相表面张力;v avg 为流体平均流速。
2 3 两相流传热系数模型两相传热系数与密度、速度、导热率等物性参数有关,并由控制体的物理状态(压力、焓)决定。
考虑两相传热的复杂性,在计算流体壁面传热系数时,根据流体状态将传热过程沿流道分区,根据运算精确度与实时性的要求分别对不同的传热区域进行计算。
单相汽(液)强迫对流传热系数的计算选用Dittus -Boelter 公式,泡核沸腾传热系数的计算选用Chen 公式[4],膜态沸腾传热系数的计算选用Bailey 公式,冷凝传热系数采用Boyko -Kruzhilin 公式[5],同时,考虑流体的自然对流换热。