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.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN106156426A(43)申请公布日2016.11.23(21)申请号201610525861.0(22)申请日2016.07.05(71)申请人江苏大学地址212013江苏省镇江市京口区学府路301号(72)发明人裴吉顾延东袁寿其司乔瑞王文杰(51)Int.Cl.G06F17/50(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图1页(54)发明名称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(57)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。CN106156426ACN106156426A权利要求书1/2页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)H＝[1.5,7.5]b2；压水室过流断面高度(6)H与压水室过流断面圆弧段半径(7)r之比H/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ANSYSCFX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＝∫VTSEPdVSEP-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。2CN106156426A权利要求书2/2页2.根据权利要求1所述的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3特征在于：选定步骤A)中泵的流量为Q＝21642m/h，扬程H＝111.3m，叶轮出口宽度b2＝200mm，叶轮出口直径D2＝800mm；压水室设计参数的设计范围为：压水室基圆直径(1)D5[1120mm,1600mm]、进口段收缩角(2)α[0°,20°]、出口段扩散角(3)β[5°,30°]、压水室进口宽度(4)b5[260mm,800mm]、压水室过流断面直线段高度(5)h＝373mm，压水室过流断面高度(6)H＝600mm，压水室过流断面圆弧段半径(7)r＝830mm。3.根据权利要求2所述的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：压水室基圆直径(1)D5＝1320mm、进口段收缩角(2)α＝10°、出口段扩散角(3)β＝15°、压水室进口宽度(4)b5＝350mm、压水室过流断面直线段高度(5)h＝373mm、压水室过流断面高度(6)H＝600mm、压水室过流断面圆弧段半径(7)r＝830mm。3CN106156426A说明书1/5页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技术领域[0001]本发明涉及泵压水室水力优化设计领域，尤其是一种基于熵产分析的核电用泵环形压水室优化设计方法。背景技术[0002]核电是技术上已经相对成熟，且能大规模开发并提供稳定电力输出的清洁能源。在核电站中，无论是一回路、二回路还是配套系统，泵都是很重要的设备。由于核电用泵的安全要求极其苛刻，其压水室一般设计成环形，从而满足耐高温高压要求。相对于螺旋型蜗壳