一种基于多目标遗传算法的双流道泵优化方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于多目标遗传算法的双流道泵优化方法，本发明将湍流计算同优化算法相结合，通过优化算法寻找双流道泵结构参数的最优解，可以为缺少丰富设计经验的工作者提供可靠的设计依据，提高设计的质量；优化模型中人工神经网络模型的训练样本通过CFD分析获得，优化过程生成的大量临时泵的水力性能则通过近似模型预测得到，这样既保证了计算精度，又大大加快寻优的过程，缩短时间。
【专利说明】一种基于多目标遗传算法的双流道泵优化方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种流道式离心泵的优化设计技术，特别是一种基于多目标遗传算法的双流道泵优化方法。
【背景技术】
[0002]双流道泵是一种叶轮结构特殊的新型离心泵，无堵塞性能好，在国民生产各领域、尤其是环保领域得到了广泛的应用。近年来，我国所面临的环境污染问题日益严峻，政府高度重视环境保护，投入大量资金建设污水处理设施。作为污水处理关键设备的双流道泵必将得到更大规模的推广和使用，预计年产值达4亿元左右。然而，一直以来双流道泵的过流部件一叶轮和蜗壳的水力设计采用的是半经验、半理论的方法，致使设计出来的双流道泵在性能、安全运行及使用寿命等方面存在一系列问题:效率低(通常只有40%?60%左右)、运行稳定性差、使用寿命短、存在严重振动和噪声等等。
[0003]目前，由于流体流动的原理仍然存在很多的未解之谜，离心泵的设计仍然主要根据一元理论和相似理论。泵的主要几何参数根据一些半理论、半经验的总结公式计算得到。根据上述的基本理论设计出叶轮的木模图和压水室的模型图，然后对其结构进行优化，改善内部的流动，减小内部流动损失。主要的优化方法有两种:a利用现有的商用软件(例如ANSYS和FLUENT等)对设计出的离心泵进行全流场的数值模拟。这些商用软件具有初步的性能预测，内部流动预测、数值模拟试验、流动诊断等功能。设计人员根据商用软件的预测，凭借经验修改相关过流部件的几何参数，力求提高流体机械的性能和减小内部流动产生的漩涡、二次流、边界层分离等不良现象，尽量将隐患消除在图纸设计阶段；b结合现在先进的优化算法(梯度投影法、复合形法、遗传算法、模拟退火法等等)和相关的经验公式(叶轮流道内的摩擦损失、叶轮内的扩散损失等等)，以效率最大(损失最小)和扬程最高为优化的目标，进行C++编程求解，找到最优的设计参数(过流部件的几何参数)。以上的经验公式的许多因素只能根据统计规律和经验系数的方法确定，具有不确定性。
[0004]开展双流道泵优化设计研究是解决上述问题的有效途径。然而，现有的双流道泵优化设计方法(参见文献I)主要为以扬程或效率为优化目标，根据各项损失(包括水力损失、容积损失和机械损失)最小总结出的单目标优化方法。该方法存在以下几点不足:1)优化目标单一，即多以扬程或效率为单个优化目标，未能考虑离心泵的整体设计要求。双流道泵的整体设计要求是，在保证双流道泵扬程和通过性能的前提下，获得较高的效率；2)优化计算所依据的损失计算公式属于经验公式，公式中涉及许多因素只能采用统计规律或经验系数的方法确定。而不同文献提出的统计规律或经验系数往往是在特定的条件下获得的，有一定的选用范围，对于特定的泵设计，还需根据设计者的个人经验确定这些系数；3)所用的优化算法——梯度类算法属于局部优化算法，基于这种算法的优化设计常常陷入局部最优而全局欠佳的窘境；4)往往只对叶轮进行优化，未对压水室优化。
[0005]随着计算流体力学(Computational Fluid Dynamics, CFD)的发展,离心泵优化设计已能在全流场分析这一较高精度的平台上进行。利用CFD计算结果，研究人员可以直接对泵几何参数进行调整以提高其性能，但是这需要研究人员具备丰富的设计经验；另一种更为有效的办法是，将CFD计算同先进的优化算法相结合、通过优化算法寻找几何参数的最优值，这种数值优化方法已成为叶轮机械现代优化技术的发展方向，其中，多目标遗传优化算法——一种基于自然选择和基因遗传学原理的先进优化算法，由于其对多目标优化问题的寻优能力强、且易于并行计算得到了越来越多的关注。然而，目前此类研究工作多集中于在研究水平较高的国外研究机构，在国内对双流道泵这种特殊的离心泵应用先进的CFD流场计算结合多目标遗传算法对其整体性能进行优化，还没有发现，是一个新的领域，值得探索。
【发明内容】
[0006]针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种建立基于CFD流场分析、人工神经网络性能预测和多目标遗传寻优的、可以有效提高双流道泵的水力性能的基于多目标遗传算法的双流道泵优化方法。
[0007]为了达到上述目的，本发明采用下述技术方案:一种基于多目标遗传算法的双流道泵优化方法，步骤包括:
[0008]I)根据双流道泵的设计参数，即流量Q、扬程H、转速η和必需汽蚀余量，计算比转速
【权利要求】
1.一种基于多目标遗传算法的双流道泵优化方法，其特征在于步骤包括: 1)根据双流道泵的设计参数，即流量Q、扬程H、转速n和必需汽蚀余量，计算比转速
【文档编号】G06Q10/04GK103646297SQ201310638000
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2013年12月2日 优先权日:2013年12月2日
【发明者】赵斌娟, 王瑜, 侯多华 申请人:江苏大学