[發(fā)明專利]一種基于模擬退火算法的離心式壓縮機結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 201910910726.1 | 申請日： | 2019-09-25 |
| 公開（公告）號： | CN110705079B | 公開（公告）日： | 2023-01-03 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 彭敏俊;唐松勝;夏庚磊;張元東;朱海山;呂聯(lián)鑫 | 申請（專利權(quán)）人： | 哈爾濱工程大學(xué) |
| 主分類號： | G06F30/20 | 分類號： | G06F30/20;G06F17/11 |
| 代理公司： | 暫無信息 | 代理人： | 暫無信息 |
| 地址： | 150001 黑龍江省哈爾濱市南崗區(qū)*** | 國省代碼： | 黑龍江;23 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 基于 模擬 退火 算法 離心 壓縮機 結(jié)構(gòu) 優(yōu)化 方法 | ||
本發(fā)明涉及一種基于模擬退火算法的離心式壓縮機結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，屬于葉輪機械技術(shù)領(lǐng)域；包括建立離心式壓縮機一維性能預(yù)測模型；確定優(yōu)化過程中的設(shè)計變量；單一設(shè)計變量變化對性能影響分析；建立力學(xué)結(jié)構(gòu)及壓比約束條件下結(jié)構(gòu)優(yōu)化數(shù)學(xué)模型；基于模擬退火算法壓縮機最佳設(shè)計變量參數(shù)的求解。本發(fā)明旨在將離心式壓縮機的結(jié)構(gòu)優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)上的組合優(yōu)化問題，并用模擬退火算法進(jìn)行求解，本發(fā)明在設(shè)計階段提高了離心式壓縮機的工作效率，針對特定的優(yōu)化模型，在求解前通過參數(shù)變化影響分析為優(yōu)化算法提供一個理想的初值，能在占用較少計算資源和時間的情況下實現(xiàn)離心式壓縮機的結(jié)構(gòu)優(yōu)化。本發(fā)明計算絕對收斂、耗時短、精度高，應(yīng)用前景廣闊。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種基于模擬退火算法的離心式壓縮機結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，屬于葉輪機械技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)
離心式壓縮機在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用非常廣泛，從向心式渦輪增壓發(fā)動機到離心式鼓風(fēng)機，遍布于各個工業(yè)領(lǐng)域。而離心式壓縮機的性能也極大地影響了生產(chǎn)的效率和水平。
基于基本設(shè)計理論及經(jīng)驗設(shè)計的離心式壓縮機，其效率仍有較大的提升空間。將CFD技術(shù)和優(yōu)化算法相結(jié)合是目前葉輪機械優(yōu)化方法的重要發(fā)展方向，主要是通過CFD軟件完成對離心式壓縮機內(nèi)部流場的計算并提取流體狀態(tài)參數(shù)以評估其性能，然后運用優(yōu)化算法通過“分析-評估-修正”的方式，反復(fù)修改結(jié)構(gòu)參數(shù)完成結(jié)構(gòu)優(yōu)化，以提高其工作效率。這種優(yōu)化方法具有較高的計算精度，但由于三維計算的網(wǎng)格數(shù)量巨大，計算區(qū)域結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造成計算過程收斂比較困難。并且為了節(jié)約計算機資源和時間，一般只是針對單個流道、葉片等局部結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，無法實現(xiàn)壓縮機整體性能的最優(yōu)化。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了實現(xiàn)優(yōu)化過程計算絕對收斂、耗時短，同時保證一定計算精度而提供一種基于模擬退火算法的離心式壓縮機結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的，一種基于模擬退火算法的離心式壓縮機結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，具體包括以下步驟：
步驟1、建立離心式壓縮機一維性能預(yù)測模型；
步驟2、確定優(yōu)化過程中的設(shè)計變量；
步驟3、單一設(shè)計變量變化對性能影響分析；
步驟4、建立力學(xué)結(jié)構(gòu)及壓比約束條件下結(jié)構(gòu)優(yōu)化數(shù)學(xué)模型；
步驟5、基于模擬退火算法壓縮機最佳設(shè)計變量參數(shù)的求解。
本發(fā)明還包括這樣一些結(jié)構(gòu)特征：
1、步驟1具體包括以下步驟：
步驟1.1、確定壓縮機葉輪入口處氣體的狀態(tài)參數(shù)；
假定流體在此處的密度為ρ′1,利用下式計算流體速度c′1：
c′1＝m/(ρ1A1sinα1)
其中A1為入口環(huán)形通道的截面積；
通過伯努利方程計算流體在此處的比焓：
此過程認(rèn)為流體的比熵不變，即s′1＝s0，利用工質(zhì)的物性參數(shù)表查取ρ″1，若|ρ″1-ρ′1|小于規(guī)定的誤差限，則計算結(jié)束，否則進(jìn)行迭代計算，最終確定流體速度c1及其狀態(tài)參數(shù)；
步驟1.2、確定壓縮機葉輪出口處氣體的狀態(tài)參數(shù)；
假定葉輪出口的流量系數(shù)為計算氣體出口速度在徑向方向上的分量其中u2為葉輪外邊緣旋轉(zhuǎn)線速度，進(jìn)而計算周速系數(shù)：
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