[發明專利]一種薄層浮油轉移裝置的仿生流道優化設計方法

在審

• 申請號: 201711352519.6
• 申請日: 2017-12-15
• 公開（公告）號: CN108090964A
• 公開（公告）日: 2018-05-29
• 發明（設計）人: 王亞輝;蘇永強;葛賽;王建廷;符劉強;封彥鵬;楊乾
• 申請（專利權）人: 華北水利水電大學
• 主分類號: G06T17/30
• 分類號: G06T17/30;G06F17/50;G06N3/08
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

本發明公開了一種薄層浮油轉移裝置的仿生流道優化設計方法，基于pro/e 5.0對一種適用于水表薄層浮油中端轉移設備的主要部件(仿生流道)進行了參數化3D虛擬建模，并利用均勻設計試驗法和VOF法在仿生流道的各結構參數范圍內提取了13組樣本點，結合GA&ANN優化算法得到了最優浮油轉移效率的仿生流道結構參數。最后，在仿生流道內部油氣水三相流流動的三維CFD模擬基礎上，分析了影響仿生流道浮油轉移效率的因素，為水表薄層浮油中端轉移收集技術開拓了一條道路。

技術領域

本發明涉及浮油轉移技術領域，具體涉及一種薄層浮油轉移裝置的仿生流道的優化設計方法。

背景技術

目前，水面浮油處理的前端攔截導集技術[1-2]與后端油水分離技術[3-4]已日臻成熟，而將污染水面的油水混合物從導集區轉移到油水分離設備中的中端轉移技術還處于工況范圍較窄的探索期，中端轉移技術和設備主要適用于浮油泄漏量較大、油層較厚的場合，但其對水表薄層浮油的應用效果很差。另外，隨著CFD軟件的日益完善，模型仿真結果的可信度和可靠性已大為提升，減輕了對高昂制造試驗模型成本的依賴。因此，越來越多的流體機械在前期模型設計階段應用CFD數值模擬技術。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明旨在提供一種薄層浮油轉移裝置的仿生流道的優化設計方法，利用均勻設計試驗法[5]在薄層浮油轉移裝置的仿生流道的各結構參數范圍內選取若干樣本點，并基于proe 5.0的一般混合曲面功能進行仿生流道的參數化3D虛擬建模；通過CFD仿真軟件Fluent中的VOF模型來獲得各樣本點下三維仿生流道所對應的輸出參數[6]。然后在MATLAB中運用BP神經網絡的非線性擬合能力建立起擬合樣本點的模型，再利用遺傳算法的非線性尋優能力找到該仿生流道的最優結構參數。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種薄層浮油轉移裝置的仿生流道優化設計方法，包括如下步驟：

S1基于proe 5.0的一般混合曲面功能進行仿生流道的參數化3D虛擬建模，得到仿生流道的3D虛擬模型；

S2利用均勻設計試驗法在仿生流道的各結構參數范圍內選取若干樣本點，組成實際應用的均勻試驗設計安排表；

S3通過CFD仿真軟件Fluent中的VOF模型來獲得各樣本點下三維仿生流道所對應的輸出參數；

S4在MATLAB中運用BP神經網絡建立起擬合樣本點的模型，再利用遺傳算法找到仿生流道的最優結構參數。

需要說明的是，步驟S3的具體步驟為：

3.1)將3D虛擬模型導入到ICEM中進行網格劃分，在邊界層處建立起棱柱型網格，得到網格模型；

3.2)將劃分好的網格模型導入到CFD仿真軟件FLUENT中的VOF三相流模型進行數值計算，仿生流道入口設為速度入口，水和油的流速設為0.6m/s；采用三維基于壓力隱式瞬態求解器，粘性流動狀態用RNGκ―ε雙方程模型，壓力—流速耦合采用SIMPLE算法，固壁表面無滑移，收斂誤差設為10-3，最大迭代次數設為800；

3.3)每組試驗模型在FLUENT中經過6個小時左右的仿真運行后，得到各組數據對應的仿生流道模型出口處混合物的平均流量和出口處油的平均體積分數。

進一步需要說明的是，仿生流道結構為一中心對稱三維模型，所述3D虛擬模型為通過取步驟S2中得到的3D虛擬模型的一半得到的簡化3D虛擬模型。

進一步需要說明的是，網格數為100萬-240萬。

需要說明的是，步驟S4具體步驟如下：