一种超临界CO制造技术

本发明专利技术公开了一种超临界CO2布雷顿循环耦合优化方法、存储介质及设备，采用透平和压缩机的初始等熵效率进行遗传算法优化，通过对第一次热力学优化获取部件一维设计所需的系统优化热力学参数；根据优化后的系统热力学参数，分别进行透平和压缩机的一维设计并获取透平和压缩机的一维设计效率；将获取的新透平效率和新压缩机效率与其对应的初始等熵效率进行对比，当新透平效率和压缩机效率与其对应的初始等熵效率的差值小于或等于给定误差范围时，计算结束；输出系统优化设计参数和透平及压缩机的优化设计参数。本发明专利技术提升了系统的热效率和净功率、透平和压缩机效率参数优化计算准确性。

【技术实现步骤摘要】
一种超临界CO2布雷顿循环耦合优化方法、存储介质及设备
本专利技术属于中高温热能回收与动力工程
，具体涉及一种用于超临界CO2布雷顿循环的系统-部件耦合优化方法、存储介质及设备。
技术介绍
超临界CO2布雷顿循环系统示意图如图1所示。由气体加热器、透平、回热器、冷却器和压缩机组成。在系统运行过程中，透平出口处的高温低压的CO2经回热器向压缩机出口的高压低温的CO2放热，然后经冷却器进一步冷却后进入压缩机被压缩，压缩机出口的CO2进入回热器吸热，随后进入气体加热器与热源换热，高温高压的CO2进入透平中膨胀做功，驱动发电机发电，完成整个循环。在传统的超临界CO2布雷顿循环优化方法中，设定系统的初始设计参数后，通常先假设透平等熵效率和压缩机等熵效率为某一定值，给定关键参数的变化区间，使用遗传算法进行系统热力学优化，获取系统的优化热力参数(温度、压力、质量流量等)，并进行关键部件(透平和压缩机)设计，获得系统性能参数(透平效率、压缩机效率、系统净功率、系统热效率等)，其流程如图2所示。但随着设计参数和工况的变化，透平和压缩机的效率并非定值，采用该方法获取的系统优化热力参数再进行透平和压缩机的一维设计，所得到的透平和压缩机效率可能与假设值产生偏差，导致优化系统的热力性能计算不准确。对于超临界CO2布雷顿循环来说，透平和压缩机作为系统的关键部件，他们的性能与运行稳定性对于系统性能有着至关重要的影响。在超临界CO2布雷顿循环传统优化方法中，通常将透平和压缩机的等熵效率假设为定值，但是系统实际运行中透平和压缩机的效率是变化的，采用定等熵效率值进行系统优化，其所得结果不够准确。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种用于超临界CO2布雷顿循环的系统-部件耦合优化方法、存储介质及设备，解决了现有技术中存在的因假设透平和压缩机的等熵效率为定值而引起的优化结果不准确的问题。本专利技术采用以下技术方案：一种超临界CO2布雷顿循环耦合优化方法，包括以下步骤：S1、按照设计条件给定系统初始设计参数并假设透平和压缩机的初始等熵效率ηt,0和ηc,0；S2、采用透平和压缩机的初始等熵效率进行遗传算法优化，通过对第一次热力学优化获取部件一维设计所需的系统优化热力学参数；S3、根据优化后的系统热力学参数，分别进行透平和压缩机的一维设计并获取透平和压缩机的一维设计效率ηt,n和ηc,n；S4、将获取的新透平效率ηt,n和新压缩机效率ηc,n与其对应的初始等熵效率进行对比，当新透平效率ηt,n和压缩机效率ηc,n与其对应的初始等熵效率的差值小于或等于给定误差范围时，计算结束；S5、输出系统优化设计参数和透平及压缩机的优化设计参数。具体的，步骤S3中，透平一维设计具体为：S3011、给出透平的进口总温、进口总压、CO2质量流量和出口静压；S3012、估算透平效率ηu；S3013、计算获得透平动叶的热力参数、速度三角形和几何参数，进一步计算出静叶的热力参数和几何参数；S3014、通过损失模型重新计算得到透平的轮周效率，并与估算的透平效率对比，若其差值满足要求，则终止计算，否则以计算得到的透平轮周效率作为初值重新进行计算。通过在给定参数范围内进行迭代计算，可以获取精度较高的设计结果。进一步的，步骤S3012中，透平效率ηu为：其中，α为绝对气流角，β为相对气流角，为静叶速度系数，ψ为动叶速度系数，xa为速比，Ω为反动度，μ为直径比。进一步的，步骤S3014中，透平轮周效率ηtur为：其中，Δha,2-5为工质在透平中的实际比焓降，Δhs,2-5为工质在透平中的总等熵比焓降，Δhtur为工质在透平中的透平总比焓损失。具体的，步骤S3中，压缩机的一维设计具体为：S3021、通过守恒方程，结合损失关联式，将压缩机的各项损失转换为总压损失，对压缩机性能进行评估，通过MATLAB软件进行建模和计算；S3022、输入初始设计参数，并对压缩机效率和总压损失系数进行假设；S3023、计算导风轮和叶轮的几何参数和气动参数，计算导风轮和叶轮的损失并获取压缩机计算效率；S3024、压缩机效率收敛后对扩压器参数和损失进行计算，若总压损失系数收敛则终止计算，否则继续迭代。进一步的，步骤S3023中，叶轮出口处的总压损失通过下式评估：其中，P′02为叶轮进口相对总压；P′03和P′03id分别为叶轮出口相对总压和理想相对总压；为叶轮总的总压损失系数。进一步的，步骤S3024中，扩压器采用无叶扩压器，扩压器的总压损失P05估算如下：P05＝P03-(P03-P3)ωdiffωdiff＝0.147+0.0046(θeq-12)2其中，ωdiff为扩压器损失系数；θeq为当量扩张角。具体的，步骤S4中，若新透平效率和新压缩机效率与其对应的初始等熵效率的差值未满足收敛条件|ηt,0-ηt,n|＜ε，|ηc,0-ηc,n|＜ε，则用计算所得的新透平效率与新压缩机效率取代原先的初始等熵效率并作为初值ηc,0＝ηc,n，进行下一轮遗传算法优化计算n＝n+1。本专利技术的另一个技术方案是，一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行根据权利要求1至8所述的方法中的任一方法。本专利技术的另一个技术方案是，一种计算设备，包括：一个或多个处理器、存储器及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述存储器中并被配置为所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行根据权利要求1至8所述的方法中的任一方法的指令。与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：本专利技术一种用于超临界CO2布雷顿循环的系统-部件耦合优化方法，采用系统级与部件级协同耦合优化的策略，结合了透平与压缩机的一维设计和遗传算法优化，提出了一种系统-部件协同耦合的超临界CO2布雷顿循环系统参数优化方法，旨在进一步提升超临界CO2布雷顿循环系统的热力性能优化计算的准确度，通过模拟调控与实验研究，提升了系统的热效率和净功率、透平和压缩机效率等多个关键热力学参数优化计算的准确性。进一步的，通过采用遗传算法，获取系统第一次优化后的热力学参数值，可为之后的透平和压缩机设计提供初始设计条件。进一步的，利用优化后的系统热力学参数进行透平一维设计可获取其一维设计效率，之后可与其对应的初始等熵效率做对比。进一步的，利用优化后的系统热力学参数进行透平一维设计可获取其一维设计效率，之后可与其对应的初始等熵效率做对比。进一步的，对比获取的透平和压缩机的一维设计效率和其对应的初始等熵效率，若误差满足收敛条件，则计算终止，否则将获取的一维设计效率值赋予初始等熵效率，继续迭代计算，以获得更加准确的参数优化结果。综上所述，本专利技术方法结合了透平本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超临界CO2布雷顿循环耦合优化方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、按照设计条件给定系统初始设计参数并假设透平和压缩机的初始等熵效率η

【技术特征摘要】
1.一种超临界CO2布雷顿循环耦合优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、按照设计条件给定系统初始设计参数并假设透平和压缩机的初始等熵效率ηt,0和ηc,0；
S2、采用透平和压缩机的初始等熵效率进行遗传算法优化，通过对第一次热力学优化获取部件一维设计所需的系统优化热力学参数；
S3、根据优化后的系统热力学参数，分别进行透平和压缩机的一维设计并获取透平和压缩机的一维设计效率ηt,n和ηc,n；
S4、将获取的新透平效率ηt,n和新压缩机效率ηc,n与其对应的初始等熵效率进行对比，当新透平效率ηt,n和压缩机效率ηc,n与其对应的初始等熵效率的差值小于或等于给定误差范围时，计算结束；
S5、输出系统优化设计参数和透平及压缩机的优化设计参数。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3中，透平一维设计具体为：
S3011、给出透平的进口总温、进口总压、CO2质量流量和出口静压；
S3012、估算透平效率ηu；
S3013、计算获得透平动叶的热力参数、速度三角形和几何参数，进一步计算出静叶的热力参数和几何参数；
S3014、通过损失模型重新计算得到透平的轮周效率，并与估算的透平效率对比，若其差值满足要求，则终止计算，否则以计算得到的透平轮周效率作为初值重新进行计算，通过在给定参数范围内进行迭代计算，可以获取精度较高的设计结果。


3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤S3012中，透平效率ηu为：



其中，α为绝对气流角，β为相对气流角，为静叶速度系数，ψ为动叶速度系数，xa为速比，Ω为反动度，μ为直径比。


4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤S3014中，透平轮周效率ηtur为：



其中，Δha,2-5为工质在透平中的实际比焓降，Δhs,2-5为工质在透平中的总等熵比焓降，Δhtur为工质在透平中的透平总比焓损失。


5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3中，压缩机的一维设计...

【专利技术属性】
技术研发人员：王江峰，郭雨旻，赵攀，戴义平，李妍，何志龙，吴伟烽，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61