[發(fā)明專利]一種基于蝙蝠算法和克里金模型的軸流泵葉輪優(yōu)化方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811336266.8
• 申請(qǐng)日: 2018-11-09
• 公開（公告）號(hào): CN109376453B
• 公開（公告）日: 2023-05-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 裴吉;王文杰;袁壽其;蔣偉;甘星城;鄧起凡;曹健
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江蘇大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/28
• 分類號(hào): G06F30/28;G06F30/27;G06N3/006;G06F111/10;G06F113/08;G06F119/14
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本發(fā)明提供了一種基于蝙蝠算法和克里金模型結(jié)合CFD的軸流泵葉輪優(yōu)化方法，涉及泵優(yōu)化領(lǐng)域，包括如下步驟：確定優(yōu)化參數(shù)和計(jì)算域：采用Matlab軟件編寫蝙蝠算法，采用隨機(jī)抽樣方式初始化蝙蝠位置并確定適應(yīng)度函數(shù)；將葉輪參數(shù)導(dǎo)入U(xiǎn)G?NX10中，建立葉輪水體模型；對(duì)上述步驟中得到的葉輪水體模型導(dǎo)入模型中進(jìn)行自動(dòng)網(wǎng)格劃分；將上述步驟中得到的葉輪水體網(wǎng)格導(dǎo)入ANSYS?CFX中進(jìn)行定常數(shù)值模擬；利用上述步驟數(shù)值模擬得到的結(jié)果，按照蝙蝠算法的評(píng)價(jià)方法評(píng)價(jià)蝙蝠位置；利用最新的蝙蝠種群判斷是否達(dá)到迭代停止條件，若是，則停止迭代輸出結(jié)果；若否，則轉(zhuǎn)至步驟四，繼續(xù)迭代。運(yùn)用蝙蝠算法和克里金模型的預(yù)測(cè)進(jìn)行軸流泵的優(yōu)化將有效提高優(yōu)化效率和效果。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于泵優(yōu)化涉及領(lǐng)域，主要涉及一種軸流泵的優(yōu)化方法。

背景技術(shù)

軸流泵屬于低揚(yáng)程泵，流量范圍大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單方便檢修，廣泛用于調(diào)水工程、市政排水、農(nóng)田灌溉、電廠循環(huán)水工程、核電和噴水推進(jìn)等方面，是非常重要的通用機(jī)械，因此提高其性能有非常重要的意義。目前，軸流泵的設(shè)計(jì)方法主要有基于模型泵的相似設(shè)計(jì)：升力法和流線法設(shè)計(jì)。以上設(shè)計(jì)方法均為半經(jīng)驗(yàn)半理論的設(shè)計(jì)方法并且嚴(yán)重依賴所選模型泵的質(zhì)量，設(shè)計(jì)出的泵往往高效范圍較窄，需要進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化。

葉片泵部分領(lǐng)域，已有相關(guān)專利，如“一種基于損失的離心泵多工況水力優(yōu)化方法”等，為軸流泵的優(yōu)化提供參考，但是其不足之處在于利用現(xiàn)成的優(yōu)化平臺(tái)，可選擇的優(yōu)化方法有限，從而影響最終優(yōu)化效果。針對(duì)以上問(wèn)題，本發(fā)明提供一種基于蝙蝠算法和克里金模型結(jié)合CFD的軸流泵葉輪優(yōu)化方法。蝙蝠算法(Bat?Algorithm)，是一種元啟發(fā)式優(yōu)化算法，是Xin-She?Yang在2010年提出的算法。蝙蝠算法是模擬自然界中蝙蝠利用回聲定位來(lái)對(duì)障礙物或獵物進(jìn)行最基本的探測(cè)、定位并將其和優(yōu)化目標(biāo)功能相聯(lián)系的全局尋優(yōu)算法，有著更快的收斂速度。運(yùn)用蝙蝠算法和克里金模型的預(yù)測(cè)進(jìn)行軸流泵的優(yōu)化將有效提高優(yōu)化效率和效果。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種基于蝙蝠算法和克里金模型結(jié)合CFD的軸流泵葉輪優(yōu)化方法，在傳統(tǒng)方法設(shè)計(jì)得到的軸流泵葉輪基礎(chǔ)上，運(yùn)用蝙蝠算法和CFD技術(shù)對(duì)此葉輪進(jìn)行以效率為目標(biāo)的優(yōu)化，優(yōu)化后的葉輪，其效率為83.3％，原模型效率為76.2％。效率提升了7.1％。

為實(shí)現(xiàn)以上目的，采用以下技術(shù)方案：

本發(fā)明以效率作為優(yōu)化目標(biāo)，因此蝙蝠算法的適應(yīng)度f(wàn)itness函數(shù)值為效率值。

一種基于蝙蝠算法和克里金模型結(jié)合CFD的軸流泵葉輪優(yōu)化方法，包含以下步驟：

步驟一：確定優(yōu)化參數(shù)和計(jì)算域：軸流泵葉輪幾何形狀主要由葉輪直徑D，翼型弦長(zhǎng)L，葉輪輪轂直徑d_h，葉弦安放角β_L，葉片數(shù)Z，柵距t，沖角Δα決定；在已有的葉輪上優(yōu)化，因此保持葉輪直徑D不變，優(yōu)化下邊的參數(shù)：翼型弦長(zhǎng)L、葉輪輪轂直徑d_h、葉弦安放角β_L、葉片數(shù)Z、柵距t、沖角Δα；上述優(yōu)化參數(shù)的取值范圍即為計(jì)算域；

步驟二：采用Matlab軟件編寫蝙蝠算法，確定蝙蝠種群數(shù)量n、發(fā)射頻率f、發(fā)射率r；

步驟三：采用隨機(jī)抽樣方式初始化蝙蝠位置并確定適應(yīng)度函數(shù)fitness；

步驟四：將葉輪參數(shù)導(dǎo)入U(xiǎn)G?NX10中，建立葉輪水體模型；

步驟五：對(duì)步驟四中得到的葉輪水體模型導(dǎo)入Gambit2.4.6中進(jìn)行自動(dòng)網(wǎng)格劃分；

步驟六：將步驟五中得到的葉輪水體網(wǎng)格導(dǎo)入ANSYS?CFX中進(jìn)行定常數(shù)值模擬；

步驟七：利用步驟六數(shù)值模擬得到的結(jié)果，按照蝙蝠算法的評(píng)價(jià)方法評(píng)價(jià)蝙蝠位置。

步驟八：判斷結(jié)果是否大于設(shè)定循環(huán)次數(shù)的0.2倍，若否，則直接更新蝙蝠位置；若是，利用得到的結(jié)果建立克里金模型，并結(jié)合克里金模型預(yù)測(cè)的位置更新蝙蝠位置；