一种基于遗传算法的向心涡轮变物性低维优化设计方法与流程

本发明属于叶轮机械领域，具体涉及一种基于遗传算法的向心涡轮变物性低维优化设计方法。

背景技术：

1、向心透平具有结构紧凑、在流量较小的设计条件下仍可获得较高效率的优点，因此在中、小功率等级燃气轮机装置和制冷装置上获得广泛的应用。目前应用的工质不但有空气、水蒸气等传统工质，还有氢气、氦气、超临界二氧化碳等新兴工质。目前已有较为成熟的向心透平热力计算方法，但是大多情况下，将气体工质简化为理想气体或者以常物性处理，利用传统的公式法计算等熵膨胀功，存在准确度不高的问题。

2、向心透平低维设计的目的是确定通流部分的几何尺寸、各个特征点上的热力参数以及总体性能，热力设计方案的优劣直接影响着后续的设计工作，甚至影响着最终设计结果的成败，因此要引起足够的重视。

3、向心透平低维计算是多参数相互影响、制约的过程，最终目标是在给定设计边界条件的基础上，获得效率最高，同时又满足校核标准的设计方案。如采取人为设计，一方面依赖于经验，可能错过最佳方案，另一方面需消耗大量人力和时间，需要设计人员反复尝试，从若干个设计方案中再进行优选，不能根据设计条件与设计人员的构想快速寻找满足条件的最佳设计方案。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于遗传算法的向心涡轮变物性低维优化设计方法，，更贴近实际情况，可快速获得满足设定校核标准的详细设计方案，降低设计过程对经验数据与人为经验的依赖。将设计人员从繁杂的数据中解脱出来，提高工作效率。

2、一种基于遗传算法的向心涡轮变物性低维优化设计方法，包括以下步骤：

3、s1，给定边界条件，包括入口总温总压、出口背压、流量、转速；

4、s2，改良已有向心涡轮热力计算流程，调用nist软件物性库作为数据来源；

5、s3，给定种群中的个体数目、最大遗传代数、代沟值、交叉概率、变异概率，根据设计要求给定设计参数数目；

6、s4，根据设计要求给定设计参数群的数值范围，建立区域描述器；

7、s5，创建由设计参数群数值形成的初始种群；

8、s6，将初始种群中的设计参数数值代入s2中改良的设计流程，进行热力计算获得设计方案。根据设计要求选定目标函数值，也可人为定义目标函数。即可反映关注的设计结果的参数。效率是选定的目标函数值objv1。其它目标函数值依次定义为objv2、objv3…；

9、s7，据设计要求，人为设置校核标准，对目标函数值进行监控，将目标函数值不符合校核标准的个体的效率值赋值为负数。对优化过程进行人为干预；

10、s8，根据效率值的大小进行适应度值分配，将效率值较高的种群个体进行重组、变异算法处理，保留效率较高的个体基因，即有利于获得效率值较高且满足校核指标的设计参数数值，从而得到子代种群；

11、s9，将子代种群中的设计参数数值代入s2中改良的设计流程，进行热力计算获得设计方案；

12、s10，考查遗传代数是否达到设定的迭代次数。如果达到，则结束；如果没达到，则返回s7继续迭代优化计算。

13、进一步地，所述s6中可根据设计方案中的几何参数按一维强度公式进行初步强度评估。

14、本发明的有益效果在于：

15、本发明采用nist软件中的工质物性为计算数据来源，相比于将工质简化为理想气体或以常物性处理的方法，更贴近实际情况，提高计算结果的准确性；基于给定的设计条件，在静叶速度系数、动叶速度系数等参数构成的设计空间内自动寻优，并对设计结果进行可行性分析，校核设计结果中的叶轮入口气流角、相对外径等人为关注的校核参数是否在合理范围内，使设计结果最终收敛于设计空间内的最优个体，获得详细的热力设计方案。降低设计过程对经验数据与人为经验的依赖。将设计人员从繁杂的数据中解脱出来，提高工作效率。

技术特征：

1.一种基于遗传算法的向心涡轮变物性低维优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于遗传算法的向心涡轮变物性低维优化设计方法，其特征在于，所述s6中可根据设计方案中的几何参数按一维强度公式进行初步强度评估。

技术总结
本发明提供一种基于遗传算法的向心涡轮变物性低维优化设计方法，首先给定向心涡轮设计边界条件，其次将较为成熟的向心涡轮热力计算流程进行改良，通过调用NIST软件物性库获得工质的焓熵等物性参数以替代利用公式计算等熵膨胀功的方法，提高计算准确度，随后给定设计参数群的取值范围生成设计空间区域描述器，以效率、喷嘴出口马赫数等参数组成目标函数向量，将设计方案中不满足校核标准的目标函数效率值赋值为负数，降低设计参数群中该个体的遗传概率，最后通过子代数值插入父代数值等遗传算法将低效率方案和不符合校核标准的方案淘汰，最终获得效率最高且满足校核标准的设计方案。本发明提高了工作效率和准确度，降低对经验的依赖。

技术研发人员：李翔宇,刘言明,何泉璋,朱凯迪,王靖超,徐波,牛夕莹,刘宇
受保护的技术使用者：中国船舶集团有限公司第七〇三研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1