[發(fā)明專利]一種泵裝置出水流道的自動優(yōu)化方法及其應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610041807.9
• 申請日: 2016-01-21
• 公開（公告）號: CN105718665B
• 公開（公告）日: 2017-11-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊帆;劉超;周濟(jì)人;趙浩儒;張海軍;武蒙
• 申請（專利權(quán)）人: 揚(yáng)州大學(xué)
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 揚(yáng)州蘇中專利事務(wù)所(普通合伙)32222
• 代理人: 許必元

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于泵站工程技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種泵裝置出水流道的自動優(yōu)化設(shè)計方法，特別是對于低揚(yáng)程塊基型泵站。

背景技術(shù)

泵站是重要的水利基礎(chǔ)設(shè)施，在大范圍內(nèi)的農(nóng)田和區(qū)域抗旱、防洪排澇、城鎮(zhèn)供水，污水排放和跨流域調(diào)水等方面均起著關(guān)鍵的作用。泵站出水流道的設(shè)計優(yōu)化將得到越來越多的重視，2015年中央一號文件《關(guān)于加大改革創(chuàng)新力度加快農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化建設(shè)的若干意見》中提到了灌排泵站為農(nóng)業(yè)服務(wù)的重要性，水環(huán)境的綜合治理以及城市防洪標(biāo)準(zhǔn)體系提高。

出水流道是連接水泵導(dǎo)葉體出口與出水池的過流通道，具有長度短、斷面形狀變化較大的特點，目前，泵站出水流道的設(shè)計方法常采用一維水力設(shè)計方法，其假定出水流道斷面平均流速等于設(shè)計流量除以斷面面積，以沿流道斷面中心線的各斷面平均流速光滑變化為目標(biāo)。通過一維水力設(shè)計獲得流道的斷面圖，再進(jìn)行三維建模與數(shù)值計算分析，并人工修改不合理的流道型線，直至獲得滿意結(jié)果，這種方法從數(shù)學(xué)角度看僅能算作多方案比選，不能稱之為優(yōu)化，這種常規(guī)的優(yōu)化方法需耗費(fèi)大量的時間且工作量大。常規(guī)的出水流道設(shè)計及優(yōu)化均未考慮導(dǎo)葉體出口剩余環(huán)量的影響，優(yōu)化結(jié)果與泵站實際情況偏差較大。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對上述實際工程泵裝置出水流道優(yōu)化過程中存在的不足，提供一種泵裝置出水流道的自動優(yōu)化方法，并結(jié)合應(yīng)用案例，主要解決2個方面的問題：1.泵裝置出水流道優(yōu)化時，需考慮導(dǎo)葉體出口剩余環(huán)量的問題；2.無需人工參與出水流道型線的修改。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種泵裝置出水流道的自動優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在于：采用非支配解排序遺傳算法對出水流道進(jìn)行優(yōu)化求解，建立出水流道形體的三維數(shù)學(xué)參數(shù)化模塊、出水流道的三維湍流數(shù)值求解模塊、目標(biāo)函數(shù)求解及集成模塊，所述出水流道形體三維數(shù)學(xué)參數(shù)化模塊包括：三維形體控制參數(shù)、形體三維自動造型和輸出計算區(qū)域模型三部分；所述出水流道的三維湍流數(shù)值求解模塊包括：讀取模型網(wǎng)格剖分、自動設(shè)置邊界條件、求解輸出結(jié)果文件和自動輸出相應(yīng)數(shù)據(jù)文件四部分；所述目標(biāo)函數(shù)求解僅為求解目標(biāo)函數(shù)的程序。

一種泵裝置出水流道的自動優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在于，包括如下步驟：

(1)依據(jù)出水流道的三維幾何形狀特征，給出數(shù)學(xué)表達(dá)式，并確定出若干控制參數(shù)，并將其作為優(yōu)化參數(shù)；出水流道自動優(yōu)化的約束條件：出水流道三維形體的關(guān)鍵控制參數(shù)，并給出優(yōu)化范圍；約束條件的選取與流道的三維形體建模有一定的關(guān)系，流道的三維形體建模將非關(guān)鍵控制尺寸與關(guān)鍵控制尺寸進(jìn)行關(guān)聯(lián)，可確保非關(guān)鍵控制尺寸隨關(guān)鍵尺寸的改變而改變；

(2)構(gòu)建泵裝置出水流道的形體三維數(shù)學(xué)參數(shù)化造型模塊，基于Visual C++6.0編寫了自動讀取三維造型控制尺寸的輸入文件LD.exp，并按輸入文件的數(shù)據(jù)進(jìn)行三維實體造型(LD.prt文件)、輸出三維造型數(shù)據(jù)文件LD.x_t文件的相應(yīng)程序，流道的三維造型模塊的自動更新需要用Visual C++6.0編寫相應(yīng)的程序文件ugupdate.exe。為了讓程序能嵌入Isight優(yōu)化平臺中，需編寫批處理文件ug_xt.bat，語句為：“路徑/UGS/NX6.0/UGⅡ/ugupdate.exe”LD.prtLD.exp”路徑/UGS/UGS/UX6.0/UGⅡ/LD.x_t”；

(3)泵裝置出水流道優(yōu)化問題是反復(fù)迭代的，優(yōu)化軟件iSIGHT使用了非插入方法，驅(qū)動CAD設(shè)計工具，且可驅(qū)動CAD設(shè)計工具組織內(nèi)部開發(fā)的代碼，其代碼采用Microsoft Visual C++或Visual Fortran腳本編寫。在集成到iSIGHT進(jìn)行工程設(shè)計時，需將網(wǎng)格剖分軟件ICEM CFD，CFD商用軟件ANSYS CFX-Pre前處理軟件、ANSYS CFX-Slove求解器及ANSYS CFX-Post這4種功能不同的軟件集成到Isight優(yōu)化平臺中，為實現(xiàn)4部分程序能夠集成于優(yōu)化軟件中，編寫了4個軟件的批處理文件；

流道三維湍流數(shù)值計算模塊中4個軟件的各部分輸入、啟動及輸出文件。icemug.bat批處理文件通過讀取LD.x_t文件，實現(xiàn)在ICEM CFD中的三維造型，并對其進(jìn)行網(wǎng)格剖分，同時輸出LD.cfx5文件。cfxpre.bat批處理文件通過讀取LD.cfx5文件，對流道進(jìn)行邊界條件及求解方法的設(shè)置，并輸出求解文件LD.def。cfxsolve.bat批處理文件通過讀取文件LD.def，進(jìn)行流道內(nèi)三維湍流流場的數(shù)值求解并輸出LD.res文件，cfxpost.bat批處理文件通過讀取LD.res結(jié)果文件，對流道輸出相應(yīng)目標(biāo)函數(shù)求解的原始數(shù)據(jù)文件，文件后綴名為csv；