一种基于智能优化算法的卫生泵叶轮优化设计方法与流程

本发明涉及离心泵，具体是一种基于智能优化算法的卫生泵叶轮优化设计方法。

背景技术：

1、卫生泵是一种专用于食品、制药、生物技术和其他卫生相关应用的离心泵，常用于输送食品、制药产品、生物制品、饮料和其他液体或半固体物料，这些产品需要在生产和加工过程中保持高度卫生标准，目前，卫生泵装置效率普遍不高，大约在50％左右，因此，装置的效率有极大的提升空间，而叶轮是卫生泵的重要过流部件，对其进行优化设计以提升泵装置性能具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明为了解决现有技术的问题，提供了一种基于智能优化算法的卫生泵叶轮优化设计方法，采用智能算法直接获得最优设计方案，显著提升了优化设计的效率，有效降低了生产制造成本。

2、本发明提供了一种基于智能优化算法的卫生泵叶轮优化设计方法，包括以下步骤：

3、步骤一：判断待优化的卫生泵各个过流部件是否已有具体设计参数。

4、步骤二：若具有具体设计参数，则直接参数化建模；若不具有具体设计参数，则采用扫描装置对泵装置实体进行扫描以得到其三维模型，进而将其三维模型导入到逆向软件中进行逆向设计以得到其具体设计参数；所述扫描装置采用结构光扫描仪、ct扫描仪、3d相机中的一种或多种，逆向建模软件包括cfturbo、bladegen、geomagic design x。

5、步骤三：基于设计参数对卫生泵进行参数化建模，对影响装置性能最大的过流部件半开式叶轮进行优化设计，选取其对性能影响最为重要的参数作为设计变量，将其扬程h与效率e作为优化目标进行优化设计；所述对性能影响最为重要的参数包括叶轮的后盖板安放角β1s，前盖板进口安放角β2h、后盖板出口安放角β2h、前盖板出口安放角β2s，叶片包角φ。选取这五个参数主要原因在于，可直接决定半开式叶轮的外形，从而影响到半开式叶轮工作时介质的流态，流态的好坏则直接作用于泵装置的效率。采用的参数化建模软件包括creo、nx ug、solidworks、catia。

6、步骤四：确定设计变量的变化范围形成合理可行域，采用试验设计得到合适组数，对设计参数进行三维建模及网格划分，并进行数值模拟计算得到其扬程h与效率e，建模到数值模拟计算通过代码编写的程序调用；采用的试验设计包括完全随即化设计、随机区组设计、重复测量设计、反应曲面设计、混合设计，采用的网格划分软件包括openfoam、ansysicem、hypermesh、fluent mesh，采用的数值模拟软件包括ansys、openfoam、star-ccm+、fluent、matlab。

7、步骤五：将变量与优化目标采用近似模型并对其进行步数训练以保证其精准度；近似模型采用多项式拟合、插值方法、神经网络、非线性回归中的一种或多种实现。

8、步骤六：将上一步骤中训练得到的准确的模型，采用智能优化算法自动寻优，设置迭代步数，若得到合适的解集，则从中找到一个最优解，得到其最优设计参数，若没有得到合适的解集，则回到步骤三中重新调整设计变量的可行域，继续优化。智能优化算法采用遗传算法、粒子群优化、模拟退火算法、人工免疫系统算法、差分进化算法中的一种或多种。

9、本发明有益效果在于：提供了一种基于智能优化算法的卫生泵叶轮优化设计方法，实现了卫生泵半开式叶轮从三维造型到网格划分数值模拟及设计优化的数字智能化优化设计，改变了传统的人为经验选型，采用智能算法直接获得最优设计方案，显著提升了优化设计的效率，有效降低了生产制造成本。

技术特征：

1.一种基于智能优化算法的卫生泵叶轮优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于智能优化算法的卫生泵叶轮优化设计方法，其特征在于：步骤二中所述扫描装置采用结构光扫描仪、ct扫描仪、3d相机中的一种或多种，逆向建模软件包括cfturbo、bladegen、geomagic design x。

3.根据权利要求1所述的基于智能优化算法的卫生泵叶轮优化设计方法，其特征在于：步骤三所述对性能影响最为重要的参数包括叶轮的后盖板安放角，前盖板进口安放角、后盖板出口安放角、前盖板出口安放角，叶片包角φ。

4.根据权利要求1或3所述的基于智能优化算法的卫生泵叶轮优化设计方法，其特征在于：步骤三中采用的参数化建模软件包括creo、nx ug、solidworks、catia。

5.根据权利要求1所述的基于智能优化算法的卫生泵叶轮优化设计方法，其特征在于：步骤四中采用的试验设计包括完全随即化设计、随机区组设计、重复测量设计、反应曲面设计、混合设计，采用的网格划分软件包括openfoam、ansys icem、hypermesh、fluent mesh，采用的数值模拟软件包括ansys、openfoam、star-ccm+、fluent、matlab。

6.根据权利要求1或5所述的基于智能优化算法的卫生泵叶轮优化设计方法，其特征在于：步骤四种代码调用程序的过程为试验设计参数导入建模软件生成三维模型，再将三维模型进行网格划分并进行数值模拟计算得到卫生泵的扬程与效率，并重复此过程直至试验方案计算完成，程序使用的代码语言采用python、java、c++或matlab。

7.根据权利要求1所述的基于智能优化算法的卫生泵叶轮优化设计方法，其特征在于：步骤五中的近似模型采用多项式拟合、插值方法、神经网络、非线性回归中的一种或多种实现。

8.根据权利要求1所述的基于智能优化算法的卫生泵叶轮优化设计方法，其特征在于：步骤六中的智能优化算法采用遗传算法、粒子群优化、模拟退火算法、人工免疫系统算法、差分进化算法中的一种或多种。

技术总结
本发明提供了一种基于智能优化算法的卫生泵叶轮优化设计方法，首先判断卫生泵是否具有具体设计参数，若具有具体设计参数，则直接参数化建模；若不具有具体设计参数，则通过扫描装置、逆向建模软件获取具体参数进而进行建模；将影响泵装置效率最大的5个设计变量进行试验设计；所得试验设计方案使用代码调用程序完成三维建模、网格划分、数值模拟；基于模拟结果对上述试验方案采用合适近似模型进行训练；将训练完毕的近似模型采用智能优化算法求解最优叶轮设计方案，使用智能优化算法对叶轮进行优化设计，改变了传统的人为经验选型，显著提升了优化设计的效率，有效降低了生产制造成本。

技术研发人员：黄东宁,裴吉,陈小平,高晓飞,王文杰
受保护的技术使用者：南京日新流体技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/11