[發(fā)明專利]基于Optimus軟件與Fluent軟件相結合對蒸汽噴射液化裝置優(yōu)化的方法

無效

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• 申請日: 2010-05-13
• 公開（公告）號: CN102073273A
• 公開（公告）日: 2011-05-25
• 發(fā)明（設計）人: 王月英;劉春景;盧興聲
• 申請（專利權）人: 安徽興泉噴射液化裝備有限責任公司;蚌埠學院
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發(fā)明涉及食品及藥品機械產(chǎn)品中使用的噴射液化器，具體是一種基于Optimus軟件與Fluent軟件相結合對蒸汽噴射液化裝置優(yōu)化的方法。

背景技術

蒸汽噴射液化裝置是一種利用高壓流體抽吸低壓流體的裝置，通過工作流體的射流來實現(xiàn)能量的轉化。它具有結構簡單、沒有運動部件、運行費用低廉、操作維修方便等優(yōu)點，并且對被抽介質(zhì)無嚴格要求，對于有毒性、易燃易爆、腐蝕性強乃至可凝性氣體等幾乎都適用，因此在國內(nèi)外的能源動力、石油化工、冶金、輕工紡織、建筑、制冷、工業(yè)熱工等領域均得到了廣泛應用。

蒸汽噴射液化裝置效率的提高，對許多工業(yè)領域的能源利用效率的影響是非常大的。因此，對其機理和性能參數(shù)的研究，得到許多學者的關注。這其中，最大的一個難點就在于蒸汽噴射液化裝置內(nèi)部流體的混合過程非常復雜，試驗難以觀察，對其混合機理并沒有完全充分的認識和研究。蒸汽噴射液化裝置內(nèi)復雜的流動過程，也使得對其理論分析的精確度受到限制。傳統(tǒng)的設計計算一般都是依據(jù)建立在一維分析基礎上的半經(jīng)驗公式，對蒸汽噴射液化裝置內(nèi)部流場的動態(tài)分析幾乎無法實現(xiàn)，其結構參數(shù)的精準度難以保證，很多情況是憑借經(jīng)驗估計出來的數(shù)值。

通過對與蒸汽噴射液化裝置研究相關文獻的研究分析發(fā)現(xiàn)，在試驗方面，盡管試驗技術已經(jīng)有了飛速的發(fā)展，如激光測速技術、全息技術等均有改善，但是由于試驗測量蒸汽噴射液化裝置內(nèi)部流場的難度大，試驗次數(shù)有限，尺寸和試驗條件的改變困難大、周期長，試驗費用高等，使得現(xiàn)場試驗研究難以開展，不能完全滿足生產(chǎn)實際的需要。在理論方面，盡管以一維理論為基礎的蒸汽噴射液化裝置設計、分析方法較為成熟，但一維分析理論是基于靜態(tài)流體的理論，無法適應蒸汽噴射液化裝置內(nèi)部流場隨壓力和溫度動態(tài)變化的實際工況。且由于蒸汽噴射液化裝置是用于食品、藥品和能源領域的機械產(chǎn)品，屬交叉學科研究，目前國內(nèi)外對蒸汽噴射液化裝置內(nèi)部復雜流場的動態(tài)研究還很少，引入研究流體動力學的Fluent軟件和多學科設計優(yōu)化(multidisciplinary?design?optimization，簡稱MDO)技術相結合的方法是對蒸汽噴射液化裝置這一產(chǎn)品進行動態(tài)仿真設計的一次創(chuàng)新。

目前在蒸汽噴射液化裝置設計實踐中，追求最優(yōu)化性能一直是廣大學者不懈努力的理想與目標。傳統(tǒng)蒸汽噴射液化裝置設計過程很難達到最優(yōu)設計。多學科設計優(yōu)化(multidisciplinary?design?optimization，簡稱MDO)技術的出現(xiàn)使在蒸汽噴射液化裝置的設計中獲得全局最優(yōu)成為可能，其主要思想是在復雜系統(tǒng)整個設計過程中充分利用分布式計算機網(wǎng)絡技術來集成各學科的知識，按照面向設計的思想來集成各個學科的模型和分析工具，通過有效的設計和優(yōu)化策略組織和管理設計過程，充分利用各學科相互作用產(chǎn)生的協(xié)調(diào)效應獲得系統(tǒng)整體最優(yōu)解。

蒸汽噴射液化裝置的優(yōu)化設計對于研發(fā)高性能蒸汽噴射液化產(chǎn)品，縮短設計周期、降低研發(fā)費用都具有重要的理論意義和工程價值。對蒸汽噴射液化裝置進行優(yōu)化設計的首要任務是詳細掌握蒸汽噴射液化裝置內(nèi)部流體流動的動力學特性，以前這一工作只能依靠物理模型試驗才能得到，而采用試驗方法對蒸汽噴射液化裝置頭內(nèi)部流動僅限于對進出口的流體特征量(壓力、流量等)進行測量，對壁面的壓力分布進行測量等等，對于裝置內(nèi)部的流動情況，如流體在內(nèi)部的流動形態(tài)、流速分布、壓力分布、流動分離等，物理模型試驗的手段是無能為力的。而使用計算流體動力學——CFD方法，可以得到蒸汽噴射液化裝置內(nèi)部流動特征量詳細的分布，利用蒸汽噴射液化裝置內(nèi)部流動特征量對蒸汽噴射液化裝置頭進行多學科設計優(yōu)化是提高蒸汽噴射液化裝置性能的可行方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術問題在于提供一種采用基于多學科設計優(yōu)化軟件Optimus與計算流體動力學軟件Fluent相結合的方法對蒸汽噴射液化裝置進行優(yōu)化設計，該技術能夠有效地研究設計變量對蒸汽噴射液化裝置性能的影響，縮小優(yōu)化問題規(guī)模，在提高滴頭性能的同時，為滴灌產(chǎn)品提供具有共性的、普遍指導意義的、可操作的優(yōu)化設計技術。

本發(fā)明為解決技術問題采用的技術方案是，

一種基于Optimus軟件與Fluent軟件相結合對蒸汽噴射液化裝置優(yōu)化的方法，其特征在于：所述基于Fluent與Optimus多學科設計優(yōu)化方法，滴灌滴頭多學科設計優(yōu)化噴射液化裝置的過程主要步驟如下：