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与流程

技术特征：

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：

$S=\arcsin (b_5/2r)\·r^2-\sqrt{r^2-\frac{{b_2}^5}{4}}\·\frac{b_5}{2}+{\mathrm{hb}}_5;$

$S=\frac{Q}{v_3};$

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：

$S_{EP}=\frac{\mathrm{\ρ}\mathrm{\ϵ}}{T}$

P＝∫_VTS_EPdV

S_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。

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，其特征在于：选定步骤A)中泵的流量为Q＝21642m³/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。