《採用隱式曲面最佳化過流部件形狀及對核泵的套用》是依託大連理工大學,由徐勝利擔任醒目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：採用隱式曲面最佳化過流部件形狀及對核泵的套用
- 依託單位：大連理工大學
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：徐勝利
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
核主泵過流部件的設計方法是核主泵的關鍵技術之一。過流部件設計需要同時滿足水力性能和水動力性能兩方面的苛刻要求。本項目將葉輪、出口導葉、類球形壓水室等過流部件看成一個整體，基於結構外形隱式描述方法，建立過流部件性能的自由形狀最佳化的一般框架，進行整機性能最佳化設計。採用LevelSet水平集函式重構過流部件外形，並滿足過流部件結構幾何特徵要求。重點研究：（1）過流部件複雜曲面的隱式函式表征方法及多部件間的協同變形機制；（2）隱式曲面描述的計算域格線自動生成和更新方法、考慮動靜交界面處理的高雷諾數複雜流動靈敏度分析等關鍵技術；（3）建立考慮水力性能、軸向力/徑向力以及變工況性能的最佳化模型和高效求解方法；（4）並對過流部件最佳化結果進行實驗驗證。通過本項目的研究，將提供基於CFD精確模擬和自動最佳化技術的過流部件最佳化設計的新方法，為獲得優秀的水力模型提供理論支持。
結題摘要
泵是一種用途廣泛的流體機械，提高其設計效率和可靠性對於企業運行節能和安全生產具有重要影響。核主泵是核電站重要動力設備，對其水力效率、安全性具有很高的要求。本項目研究目標是採用先進的結構最佳化方法進行核主泵的水力性能最佳化設計。本項目的主要工作包括：（1）發展高效的實驗設計採樣和最佳化方法，提高面向複雜工程問題的最佳化效果；（2）基於代理模型最佳化方法，研究核主泵水力性能最佳化和多工況魯棒最佳化方法；（3）研究核主泵葉輪水環境對葉輪動力特性的影響，開展了葉輪濕模態實驗研究，給出了葉輪流體阻尼和動應力計算方法。通過本項目研究，提出了多種面向工程複雜問題的代理模型和最佳化技術，具體包括：用於全局最佳化的自適應貝葉斯序列採樣方法；基於不同基函式的最優加權組合徑向基函式方法；基於直接最佳化的全局約束最佳化方法；面向全局代理模型的多回響自適應採樣方法等。按照CAP1400核主泵水力設計要求，進行核主泵過流部件最佳化設計。基於傳統的一維水力設計方法獲得初始設計方案。對葉輪、擴壓器等部件進行子午面、葉片的參數化建模，採用本項目提出的最佳化方法進行水力性能最佳化設計，水力效率最佳化結果達到行業領先水平。形成了一套基於一維設計結合三維全局最佳化的泵水力性能最佳化技術，具有較好的工程套用價值。流體機械的安全和可靠性也是重要的性能指標，高速旋轉葉輪受到流體脈動壓力作用，需要進行動應力計算和疲勞校核。泵葉輪浸沒在水介質中，水環境對於葉輪的振動特性、阻尼影響很大，本項目採用數值模擬和實驗研究，獲得了葉輪的濕模態和流體阻尼特性，在此基礎上，計算了葉輪在水動力荷載作用下的動應力，為核主泵葉輪可靠性校核提高了技術支撐。本項目在代理模型全局最佳化方法、泵水力性能最佳化設計和葉輪結構動力特性分析方面開展了較為深入的工作，相關研究成果整理髮表了多篇SCI高質量期刊論文，研究成果可以為泵結構設計提供技術支撐。
