代码与结果如下：完整文档见文末
题目：
PACTEL压水堆整体测试设备在2009年建造，用于带有垂直倒U型管蒸汽发生器的压水堆热液压相关的安全性研究,参见图1。
PACTEL压水堆设施包括一个反应堆压力容器模型、两个带有蒸汽发生器的回路、一个连接到一个回路的稳压器和应急堆芯冷却系统。压力容器为U型管结构，代表降液管、下增压室、芯体和上气室。PACTEL压水堆设备内的蒸汽发生器U型管束包含51根倒U型管，排成10行。表I列出了每一行的U型管的管数N、高度H、管长l和弯管半径r。U型管的内径和外径分别为D=16.57mm和D= 19.05mm。
通过自然循环，冷却剂从每根倒U型管道的一侧流动到另一侧，把核反应装置中的非能动余热排出，从而提升反应堆固有安全性能。蒸汽发生器倒U型管内可能存在负的进出口压降，从而诱发冷却剂倒流现象，导致系统内部的冷却剂流量低于设计值，严重影响一回路冷却剂系统的热量输运，给反应堆的运行安全带来极大挑战。对倒U型管倒流现象进行分析，研究蒸汽发生器并联倒U型管间的流量分配特性，评估自然循环条件下蒸汽发生器的流动不稳定性，对反应堆的运行安全性能具有重要意义
把倒U型管流入一侧称为一次侧，流出一侧称为二次侧。当管道内流量非常小时，二次侧可能发生倒流现象。由于U型管道为细长形，相关物理量仅和管线s(0≤sSI)方向有关。为了进一步简化，假设U型管内流体速度v恒定。
问题1:
对一根U型管中的液体流动建立模型，研究液体的温度T、密度p对管线s的依赖。
建立液体流动的数学模型，假设液体流体速度为v，温度为T，密度为ρ。考虑管线s方向的变化，我们可以得到以下偏微分方程：
质量守恒方程： ∂(ρA)/∂s = 0
动量守恒方程： ρv∂v/∂s = -∂P/∂s - ρg + ρg_sin(θ)
能量守恒方程： ρv∂T/∂s = -∂(ρvH)/∂s + Q - ρg_v*sin(θ)
其中， ρ：液体密度 A：管道横截面积 P：压力 g：重力加速度 θ：管道倾角 H：比焓 Q：热源项（包括热传导和热发生）
在这个模型中，我们假设液体速度v在管线s方向上是恒定的。这个假设适用于流量非常小的情况，可以忽略流动的影响。
温度T和密度ρ对管线s的依赖可以通过能量守恒方程来研究。方程中的项包括了流体的比焓H和热源项Q。比焓H随着液体温度的变化而变化，而热源项Q则与流体中的热传导和热发生有关。
问题2:
研究一根U型管的进出口压差△p如何依赖管内流体速度v，进而分析形成液体倒流的原因。请画出Ap和v之间关系的一条曲线。当Ap大于某个临界值（最小压差），管内液体向前流动，称之为正流管;否则，管内液体倒流，称之为倒流管。根据表1中的数据，计算每种类型的U型管，计算最小压差，并填入表I中的最后一列中。
本题的思路是利用伯努利方程和管道阻力方程建立模型。
根据伯努利方程，对于一根U型管，流体在进口和出口位置的总能量是相等的，可以表示为：
其中，P1和P2分别是进口和出口处的压力，ρ是液体的密度，v1和v2是进口和出口处的速度，g是重力加速度，h1和h2分别是进口和出口处的高度。
根据管道阻力方程，液体在管道内的摩擦阻力与液体速度成正比，可以表示为：
其中，Δp是进出口压差，f是摩擦系数，L是管道长度，D是管道直径。
为了研究△p和v之间的关系，我们可以将伯努利方程和管道阻力方程联立求解。首先，我们需要确定模型的参数，包括管道长度、管道直径、液体密度和摩擦系数。
根据表1中给出的数据，我们可以计算出每种类型的U型管的最小压差△pc。然后，我们可以选择一个合适的管道长度和管道直径作为模型参数，并根据给定的液体密度和最小压差计算出摩擦系数f。