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申请/专利权人：湘潭大学

摘要：本发明公开了一种有机朗肯循环ORC向心透平的分层协同优化设计方法。该方法从气动参数与叶型参数两个层次对向心透平进行优化设计，主要包括以下步骤：首先输入循环的工作条件，然后建立透平一维设计数学模型；其次，以循环热效率、透平轴效率及其尺寸为目标，建立多目标优化模型，通过优化确定最优气动参数；在此基础上，采用拉丁超立方法设计叶型参数方案，建立透平三维模型并划分网格；然后，对透平流动特性进行模拟，确定各方案的透平功率与积分熵产并将其作为优化目标，利用BP神经网络预测不同叶型参数的目标值，通过优化确定最优叶型参数。本发明不仅实现了系统性能与透平性能的融合提升，而且最大限度提升了向心透平的性能。

主权项：1.一种有机朗肯循环向心透平的分层协同优化设计方法，其特征在于，包括如下步骤：1根据有机朗肯循环的实际工作条件，输入热源温度、热源流量、环境温度及循环工质；2根据向心透平一维气动设计方法，选取透平入口压力Pt、过热度ΔT、压比ΠT、转速Ns、速比U、反动度Ω6个参数为透平性能的设计变量，建立透平轴效率与功率的数学模型；3建立有机朗肯循环热经济性能的数学模型，将透平设计参数、循环蒸发器夹点温度△Te、冷凝器夹点温度△Tc选取为设计变量，以循环热效率ηI最高、投资回收期PBP最短、透平轴效率ηt最高、透平尺寸TPcc最小为目标，建立循环热经济性能的多目标优化模型： 设定约束条件C的关系式为： 4利用Matlab编写有机朗肯循环多目标优化计算程序，利用NSGA-II算法对选择的8个设计参数进行优化，获得多目标优化的Pareto前沿解集，并确定向心透平的最优气动参数；5将透平叶栅及叶轮叶型控制点与对应基点的距离作为透平叶型的设计变量，利用拉丁超立方方法设计透平叶型控制点的试验方案；6建立各个方案向心透平的三维模型，对透平三维模型进行网格划分，设置透平模拟的边界条件，并对透平仿真模型的可靠性进行验证；在此基础上，利用CFX软件对不同方案下的透平性能进行模拟分析，获得各个方案下透平的输出功率；7建立流动熵产数学模型并编写熵产的计算程序，对透平内部流场进行处理，得到透平内部的局部熵产分布；对整个透平内部局部熵产进行积分，得到不同方案下透平总的积分熵产；8利用Matlab建立BP神经网络数学模型，选取85％模拟方案的计算结果作为训练样本，对BP神经网络进行训练，并以剩余15％样本验证神经网络预测的准确性；9以透平输出功率与总积分熵产为目标函数，以叶型控制参数为设计变量，建立向心透平叶型优化的多目标优化模型；利用Matlab编写叶型优化的优化计算程序，利用NSGA-II算法对设计变量进行优化；10对优化所得的Pareto最优解前沿进行决策，得到向心透平的最优叶型参数及其对应的透平性能。

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百度查询： 湘潭大学 一种有机朗肯循环向心透平的分层协同优化设计方法