[发明专利]一种基于熵产分析的核电用泵环形压水室水力优化设计方法

摘要

本发明公开了一种基于熵产分析的核电用泵环形压水室水力优化设计方法，包括如下步骤：根据叶轮参数及性能要求，选取核电用环形压水室设计参数，并对压水室设计参数的设计范围进行初始计算；采用试验设计方法对环形压水室进行多方案设计，然后进行三维建模、划分网格、数值模拟，应用熵产分析得到环形压水室的熵产损失；采用近似模型建立设计参数与熵产损失的函数关系，并应用优化算法求解该函数，使得熵产损失最小，从而得到最优环形压水室的设计参数。本发明有效地提升环形压水室的水力效率，并采用类球型压水室，保证运行安全。

主权项

1.一种基于熵产分析的核电用泵环形压水室水力优化设计方法，其特征在于：包括步骤A)根据核电用泵叶轮参数及性能要求，确定环形压水室设计参数，其中叶轮参数包括叶轮直径D₂、叶轮出口宽度b₂；环形压水室设计参数为：压水室的基圆直径(1)D₅＝(1.4～2)D₂；进口收缩角(2)α＝(0,20]；出口段扩散角(3)β＝[5,30]；压水室进口宽度(4)b₅＝[1.3,4]b₂；压水室过流断面直线段高度(5)h＝[0.1,5]b₂；压水室过流断面高度(6)H₁＝[1.5,7.5]b₂；压水室过流断面高度(6)H₁与压水室过流断面圆弧段半径(7)r之比H₁/r＝[0.02,1]；压水室过流断面面积S因满足下列关系式：其中，b₂‑叶轮出口宽度；D₂‑叶轮出口直径；S‑压水室过流断面面积；Q‑核电用泵的设计流量；H‑核电用泵的设计扬程；v₃‑压水室过流断面的平均速度；k₃‑速度系数；r‑压水室过流断面圆弧段半径；步骤B)采用最优拉丁超立方试验设计方法，对步骤A)确定的压水室的设计范围进行设计，得到20‑100组的环形压水室设计方案；步骤C)分别对步骤B)中20‑100组的压水室设计方案进行三维建模，并划分结构化网格，采用ANSYS CFX对各方案进行数值模拟，并在CFX后处理中编写熵产损失的计算公式，计算各个方案的熵产损失，并找到熵损失的位置，其中熵产损失的计算公式为：P＝∫_VTS_EPdVS_EP‑计算节点的湍流耗散产生的熵产损失；ρ‑计算节点的工作介质的密度；ε‑湍动能耗散率；T‑计算节点的温度；P‑整个积分域的熵产损失；V‑被积空间；步骤D)采用切比雪夫正交多项式模型，建立步骤A)中压水室的设计参数与步骤C)中熵产损失的函数关系的近似模型；步骤E)应用梯度优化算法求解步骤D)建立的近似模型，使得熵产损失最小，从而得到优化的设计参数。