[发明专利]一种自适应的超临界二氧化碳透平设计方法

权利要求书

1.一种自适应的超临界二氧化碳透平设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

第1步，确定超临界二氧化碳透平的待设计变量包括：反动度γ、特性比轮径比μ、喷嘴出口角α₁和叶轮出口角β₂；确定待设计变量的取值范围，然后对所有设计变量在经验设计空间中采用Latin Hyper Cubic方式进行采样，获得初始设计方案m个，即x_i，其中i＝1,…m；

第2步，对m个超临界二氧化碳透平初始设计方案x分别进行热力设计计算F_a(x)，最终获得热力设计的关键参数及等熵效率；

[D₀,l_N,D₁,D₂,η_a]＝f_a(x)

式中，D₀——叶轮直径；

l_N——叶轮入口叶高；

D₁——叶轮出口内径；

D₂——叶轮出口外径；

η_a——热力设计等熵效率；

第3步，利用第2步得出的关键参数[D₀,l_N,D₁,D₂]进行数值建模，然后对m个超临界二氧化碳透平初始设计方案x分别进行气动分析F_r(x)，获得透平气动分析等熵效率η_r：

η_r＝F_r(x)

第4步，进入模拟退火循环，设置初始模拟退火温度T＝100，接受的设计方案x_old为m个初始设计方案中气动分析等熵效率η_r最高的方案；

第5步，结合所有的设计方案的热力设计结果以及气动分析结果，以气动分析结果和热力设计结果的等熵效率残差为拟合变量，建立当前的Gauss过程回归模型，Gauss过程回归模型的输入变量为超临界二氧化碳透平的设计变量x，输出变量为等熵效率残差Δη(x)以及残差的估计误差σ(x)：

[Δη(x),σ(x)]＝G(x)

其中，气动分析以及热力设计的等熵效率残差为：

Δη＝η_r-η_a

第6步，根据x_old在经验设计空间中按均匀分布随机生成新的设计方案x_new，按照第2步进行热力设计获得热力设计等熵效率η_a(x_new)；

第7步，利用第5步中建立的Gauss过程回归模型预测该设计方案x_new的等熵效率残差及估计误差σ(x)；

Δη(x_new)＝G(x_new)

预测该设计方案的气动分析的等熵效率：

第8步，计算该设计方案的等熵效率的上限估计和下限估计式中κ为置信因子，如下：

在0-1区间按均匀分布生成随机数ξ，并按照如下Metropolis检验准则1，判断设计方案是否接受、拒绝或是否进行气动分析；

如果接受x_new设计方案，令x_old＝x_new，并返回第6步；

如果拒绝x_new设计方案，x_old及η_r(x_old)保持不变，并返回第6步；

如果则进入第9步；

第9步，按照第3步对x_new进行气动分析，计算等熵效率η_r(x_new)，然后进入第10步；

第10步，在0-1区间按均匀分布生成随机数ξ，按照如下Metropolis检验准则2，判断设计方案是否接受、拒绝；

如果η_r(x_new)≥η_r(x_old)+kT·ln(ξ)，接受x_new设计方案，令x_old＝x_new，η_r(x_old)＝η_r(x_new)；

如果η_r(x_new)≤η_r(x_old)+kT·ln(ξ)，拒绝x_new设计方案，令x_old及η_r(x_old)保持不变；

按下式更新退火温度T，其中α为退火温度衰减率；

T＝αT

如果当前温度T低于0.001，终止迭代，最后接受的设计方案即为最优设计方案；否则，返回第5步。