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超臨界二氧化碳渦輪設(shè)備數(shù)字樣機設(shè)計方法及裝置與流程

文檔序號:42030272發(fā)布日期:2025-05-30 17:17閱讀:5來源:國知局

本發(fā)明屬于核電,具體涉及一種超臨界二氧化碳渦輪設(shè)備數(shù)字樣機設(shè)計方法及裝置。


背景技術(shù):

1、超臨界二氧化碳渦輪設(shè)備是超臨界二氧化碳熱電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的關(guān)鍵核心設(shè)備,其運行特性直接關(guān)系到系統(tǒng)性能,系統(tǒng)性能的優(yōu)化離不開渦輪設(shè)備特性的優(yōu)化。傳統(tǒng)的渦輪設(shè)備性能設(shè)計及優(yōu)化,涉及到通流專業(yè)、結(jié)構(gòu)專業(yè)、軸系、葉型等設(shè)計及仿真,專業(yè)間迭代較慢,嚴重影響了整體系統(tǒng)的優(yōu)化進度,鑒于此,亟需提高超臨界二氧化碳渦輪設(shè)備優(yōu)化的效率,滿足方案設(shè)計階段快速設(shè)計優(yōu)化及迭代需求。


技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為克服相關(guān)技術(shù)中存在的問題,提供了一種超臨界二氧化碳渦輪設(shè)備數(shù)字樣機設(shè)計方法及裝置。

2、根據(jù)本公開實施例的一方面,提供一種超臨界二氧化碳渦輪設(shè)備數(shù)字樣機設(shè)計方法,所述方法包括:

3、步驟1:根據(jù)渦輪設(shè)備設(shè)計輸入確定當前設(shè)計所需的渦輪設(shè)備型式;

4、步驟2:針對確定的結(jié)構(gòu)型式,采用通流分析模型進行渦輪設(shè)備通流設(shè)計,通過迭代,得到最優(yōu)壓比和效率對應(yīng)的渦輪設(shè)備關(guān)鍵幾何參數(shù);

5、步驟3:根據(jù)關(guān)鍵幾何參數(shù),重復(fù)對渦輪設(shè)備進行結(jié)構(gòu)設(shè)計和結(jié)構(gòu)特性分析,直至渦輪設(shè)備的應(yīng)力特性、膨脹特性和密封性能的仿真結(jié)果符合設(shè)計規(guī)范要求,輸出該仿真結(jié)果對應(yīng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù);

6、步驟4:將結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)傳遞到參數(shù)化三維結(jié)構(gòu)模型,自動更新參數(shù)化三維結(jié)構(gòu)模型;

7、步驟5:輸出設(shè)計報告,所述設(shè)計報告用于描述步驟1至步驟4的設(shè)計過程和輸出結(jié)果。

8、在一種可能的實現(xiàn)方式中,所述方法還包括:

9、步驟6:將所述設(shè)計報告存儲到知識庫,通過分類檢索復(fù)用,進行針對已有設(shè)計的設(shè)計優(yōu)化或者在已有設(shè)計基礎(chǔ)上的改型設(shè)計。

10、在一種可能的實現(xiàn)方式中,在步驟1中,渦輪設(shè)備設(shè)計輸入包括質(zhì)量流量、出口焓值、進口焓值、體積流量;步驟1還包括:

11、步驟11,根據(jù)質(zhì)量流量、出口焓值、進口焓值確定設(shè)備功率,并根據(jù)體積流量確定設(shè)備比轉(zhuǎn)速;

12、步驟12,根據(jù)確定的設(shè)備功率、設(shè)備比轉(zhuǎn)速、預(yù)存的設(shè)備功率、設(shè)備比轉(zhuǎn)速和渦輪設(shè)備型式的對應(yīng)關(guān)系,確定當前設(shè)計所需的的渦輪設(shè)備型式。

13、在一種可能的實現(xiàn)方式中,步驟2中,通流分析模型包括:物性接口、幾何描述模塊、物理模型、用戶接口;

14、物性接口包括物性庫,用于提供工業(yè)常用流體介質(zhì)的熱力學參數(shù)和輸運參數(shù);幾何描述模塊包括壓縮機各部件的幾何參數(shù);物理模型包括壓縮機各部件的數(shù)學物理模型描述;

15、用戶接口包括輸入模塊和輸出模塊;輸入模塊用于輸入流體名稱和工況參數(shù);輸出模塊用于根據(jù)輸入模塊輸入的流體名稱和工況參數(shù),分別調(diào)用物性接口、幾何描述模塊、物理模型,確定最優(yōu)壓比和效率對應(yīng)的渦輪設(shè)備關(guān)鍵幾何參數(shù),并輸出確定的關(guān)鍵幾何參數(shù)。

16、在一種可能的實現(xiàn)方式中,在步驟3中,

17、壓縮機的結(jié)構(gòu)特性仿真包括:葉輪幾何模型仿真分析、葉輪有限元模型建模仿真分析、葉輪結(jié)構(gòu)靜力學分析和葉輪模態(tài)分析;

18、渦輪的結(jié)構(gòu)特性仿真包括:葉輪幾何模型、葉輪有限元模型建模、葉輪結(jié)構(gòu)靜力學分析、葉輪熱分析和葉輪模態(tài)分析。

19、根據(jù)本公開實施例的另一方面,提供一種超臨界二氧化碳渦輪設(shè)備數(shù)字樣機設(shè)計裝置,所述裝置包括:

20、定型模塊,用于根據(jù)渦輪設(shè)備設(shè)計輸入確定當前設(shè)計所需的渦輪設(shè)備型式;

21、流通設(shè)計模塊,用于針對確定的結(jié)構(gòu)型式,采用通流分析模型進行渦輪設(shè)備通流設(shè)計,通過迭代,得到最優(yōu)壓比和效率對應(yīng)的渦輪設(shè)備關(guān)鍵幾何參數(shù);

22、結(jié)構(gòu)設(shè)計模塊,用于根據(jù)關(guān)鍵幾何參數(shù),重復(fù)對渦輪設(shè)備進行結(jié)構(gòu)設(shè)計和結(jié)構(gòu)特性分析,直至渦輪設(shè)備的應(yīng)力特性、膨脹特性和密封性能的仿真結(jié)果符合設(shè)計規(guī)范要求,輸出該仿真結(jié)果對應(yīng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù);

23、更新模塊,用于將結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)傳遞到參數(shù)化三維結(jié)構(gòu)模型,自動更新參數(shù)化三維結(jié)構(gòu)模型;

24、輸出模塊,用于輸出設(shè)計報告,所述設(shè)計報告用于描述上述模塊的設(shè)計過程和結(jié)果。

25、在一種可能的實現(xiàn)方式中,所述裝置還包括:

26、復(fù)用模塊,用于將所述設(shè)計報告存儲到知識庫,通過分類檢索復(fù)用,進行針對已有設(shè)計的設(shè)計優(yōu)化或者在已有設(shè)計基礎(chǔ)上的改型設(shè)計。

27、在一種可能的實現(xiàn)方式中,在定型模塊中,渦輪設(shè)備設(shè)計輸入包括質(zhì)量流量、出口焓值、進口焓值、體積流量;定型模塊還包括:

28、第一定型子模塊,用于根據(jù)質(zhì)量流量、出口焓值、進口焓值確定設(shè)備功率,并根據(jù)體積流量確定設(shè)備比轉(zhuǎn)速;

29、第二定型子模塊,用于根據(jù)確定的設(shè)備功率、設(shè)備比轉(zhuǎn)速、預(yù)存的設(shè)備功率、設(shè)備比轉(zhuǎn)速和渦輪設(shè)備型式的對應(yīng)關(guān)系,確定當前設(shè)計所需的的渦輪設(shè)備型式。

30、在一種可能的實現(xiàn)方式中,流通設(shè)計模塊中,通流分析模型包括:物性接口、幾何描述模塊、物理模型、用戶接口;

31、物性接口包括物性庫,用于提供工業(yè)常用流體介質(zhì)的熱力學參數(shù)和輸運參數(shù);幾何描述模塊包括壓縮機各部件的幾何參數(shù);物理模型包括壓縮機各部件的數(shù)學物理模型描述;

32、用戶接口包括輸入模塊和輸出模塊;輸入模塊用于輸入流體名稱和工況參數(shù);輸出模塊用于根據(jù)輸入模塊輸入的流體名稱和工況參數(shù),分別調(diào)用物性接口、幾何描述模塊、物理模型,確定最優(yōu)壓比和效率對應(yīng)的渦輪設(shè)備關(guān)鍵幾何參數(shù),并輸出確定的關(guān)鍵幾何參數(shù)。

33、在一種可能的實現(xiàn)方式中,結(jié)構(gòu)設(shè)計模塊中,

34、壓縮機的結(jié)構(gòu)特性仿真包括:葉輪幾何模型仿真分析、葉輪有限元模型建模仿真分析、葉輪結(jié)構(gòu)靜力學分析和葉輪模態(tài)分析;

35、渦輪的結(jié)構(gòu)特性仿真包括:葉輪幾何模型、葉輪有限元模型建模、葉輪結(jié)構(gòu)靜力學分析、葉輪熱分析和葉輪模態(tài)分析。

36、根據(jù)本公開實施例的另一方面,提供一種超臨界二氧化碳渦輪設(shè)備數(shù)字樣機設(shè)計裝置,所述裝置包括:

37、處理器;

38、用于存儲處理器可執(zhí)行指令的存儲器;

39、其中,所述處理器被配置為執(zhí)行上述的方法。

40、根據(jù)本公開實施例的另一方面,提供一種非易失性計算機可讀存儲介質(zhì),其上存儲有計算機程序指令,所述計算機程序指令被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)上述方法。

41、本公開的有益效果在于:本公開提供的將渦輪設(shè)備的通流設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、幾何模型進行直接關(guān)聯(lián),從通流設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、三維結(jié)構(gòu)特征、工作原理和知識庫四個維度構(gòu)建渦輪設(shè)備數(shù)字樣機,對超臨界二氧化碳渦輪設(shè)備壓縮機和渦輪進行優(yōu)化改進和設(shè)計演示。設(shè)計數(shù)據(jù)實時迭代,避免了冗繁的專業(yè)間的接口傳遞和信息交互,極大的提高了迭代速度和設(shè)計效率;由此可實現(xiàn)渦輪設(shè)備的設(shè)計數(shù)字化,是進行渦輪設(shè)備快速設(shè)計優(yōu)化的有效方法。所形成的設(shè)計成果,包括報告、模型可以復(fù)用,支持已有設(shè)計的優(yōu)化和在已有設(shè)計基礎(chǔ)上的改型設(shè)計。



技術(shù)特征:

1.一種超臨界二氧化碳渦輪設(shè)備數(shù)字樣機設(shè)計方法,其特征在于,所述方法包括:

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于,所述方法還包括:

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于,在步驟1中,渦輪設(shè)備設(shè)計輸入包括質(zhì)量流量、出口焓值、進口焓值、體積流量;步驟1還包括:

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于,步驟2中,通流分析模型包括:物性接口、幾何描述模塊、物理模型、用戶接口;

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于,在步驟3中,

6.一種超臨界二氧化碳渦輪設(shè)備數(shù)字樣機設(shè)計裝置,其特征在于,所述裝置包括:

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置,其特征在于,所述裝置還包括:

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置,其特征在于,在定型模塊中,渦輪設(shè)備設(shè)計輸入包括質(zhì)量流量、出口焓值、進口焓值、體積流量;定型模塊還包括:

9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置,其特征在于,流通設(shè)計模塊中,通流分析模型包括:物性接口、幾何描述模塊、物理模型、用戶接口;

10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置,其特征在于,結(jié)構(gòu)設(shè)計模塊中,

11.一種超臨界二氧化碳渦輪設(shè)備數(shù)字樣機設(shè)計裝置,其特征在于,所述裝置包括:

12.一種非易失性計算機可讀存儲介質(zhì),其上存儲有計算機程序指令,其特征在于,所述計算機程序指令被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)權(quán)利要求1至5中任意一項所述的方法。


技術(shù)總結(jié)
本公開屬于核電技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及一種超臨界二氧化碳渦輪設(shè)備數(shù)字樣機設(shè)計方法及裝置。本公開提供的將渦輪設(shè)備的通流設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、幾何模型進行直接關(guān)聯(lián),從通流設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、三維結(jié)構(gòu)特征、工作原理和知識庫四個維度構(gòu)建渦輪設(shè)備數(shù)字樣機,對超臨界二氧化碳渦輪設(shè)備壓縮機和渦輪進行優(yōu)化改進和設(shè)計演示。設(shè)計數(shù)據(jù)實時迭代,避免了冗繁的專業(yè)間的接口傳遞和信息交互,極大的提高了迭代速度和設(shè)計效率;由此可實現(xiàn)渦輪設(shè)備的設(shè)計數(shù)字化,是進行渦輪設(shè)備快速設(shè)計優(yōu)化的有效方法。所形成的設(shè)計成果,包括報告、模型可以復(fù)用,支持已有設(shè)計的優(yōu)化和在已有設(shè)計基礎(chǔ)上的改型設(shè)計。

技術(shù)研發(fā)人員:張利琴,黃彥平,曾小康,宮厚軍,卓文彬,鄧康杰,龍蕓
受保護的技術(shù)使用者:中國核動力研究設(shè)計院
技術(shù)研發(fā)日:
技術(shù)公布日:2025/5/29
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