[發(fā)明專利]一種基于遺傳算法的噴嘴優(yōu)化設(shè)計方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210143848.4
• 申請日: 2022-02-17
• 公開（公告）號: CN114462165A
• 公開（公告）日: 2022-05-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 莫妲;劉一雄
• 申請（專利權(quán)）人: 中國航發(fā)沈陽發(fā)動機研究所
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/20;G06N3/12
• 代理公司: 北京航信高科知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11526
• 代理人: 劉傳準(zhǔn)

本申請屬于航空發(fā)動機設(shè)計制造領(lǐng)域，特別涉及一種基于遺傳算法的噴嘴優(yōu)化設(shè)計方法，其步驟包括，確定噴嘴的需求，所述需求包括霧化粒徑SMD、燃油流量Wf和噴霧錐角θ；基于所述需求，確定所述噴嘴的待優(yōu)化變量，所述變量包括：槽數(shù)n、槽寬b、槽深h、旋流室直徑Ds、噴口直徑d0、噴口長度L0；步驟S3：確定所述噴嘴的優(yōu)化的約束條件以及所述需求的目標(biāo)；根據(jù)所述需求的目標(biāo)與所述變量，編制所述噴嘴基于遺傳算法的優(yōu)化設(shè)計程序。根據(jù)所述約束條件，基于所述優(yōu)化設(shè)計程序確定所述需求的最佳參數(shù)以及其對應(yīng)的所述變量的參數(shù)，減少人工反復(fù)迭代，可在設(shè)計空間獲得最優(yōu)噴嘴的幾何參數(shù)以達到所需的SMD、燃油流量和噴霧錐角，進而獲得最優(yōu)噴嘴設(shè)計方案。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請屬于航空發(fā)動機設(shè)計制造領(lǐng)域，特別涉及一種基于遺傳算法的噴嘴優(yōu)化設(shè)計方法。

背景技術(shù)

噴嘴霧化性能對燃燒效率、火焰穩(wěn)定、點火、出口溫度分布、排氣污染物都有很大的影響，因此，噴嘴的優(yōu)化設(shè)計至關(guān)重要，其涉及性能、工作和結(jié)構(gòu)設(shè)計等較多的關(guān)鍵參數(shù)，例如錐角、油膜厚度、進口壓力、壓力差、旋流器長徑比、噴口直徑、旋流器直徑、槽面積等，這些參數(shù)對霧化粒徑、燃油濃度分布和摻混特征等都有一定的影響，尤其是如果平均粒徑過大會影響摻混效果，延長燃油停留時間，降低燃燒效率。雖然目前的兩相流全三維數(shù)值仿真方法可以很好的模擬燃油霧化過程中的液膜形成、破碎、二次霧化、蒸發(fā)和摻混機理，以及氣動結(jié)構(gòu)參數(shù)對組合式燃油霧化裝置霧化特性的影響規(guī)律，但由于其對計算資源要求較高，且耗時長，該方法仍然無法在工程應(yīng)用中推廣。現(xiàn)有的設(shè)計模式——基于經(jīng)驗公式、試驗驗證、設(shè)計迭代、再驗證的方式得到了廣泛應(yīng)用，因此為了減少迭代次數(shù)，采用該方法的設(shè)計精準(zhǔn)度尤為重要。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述問題，本申請?zhí)峁┝艘环N1、一種基于遺傳算法的噴嘴優(yōu)化設(shè)計方法，包括：

步驟S1：確定噴嘴的需求，所述需求包括霧化粒徑SMD、燃油流量Wf和噴霧錐角θ；

步驟S2：基于所述需求，確定所述噴嘴的待優(yōu)化變量，所述變量包括：槽數(shù)n、槽寬b、槽深h、旋流室直徑Ds、噴口直徑d0、噴口長度L0；

步驟S3：確定所述噴嘴的優(yōu)化的約束條件以及所述需求的目標(biāo)；

步驟S4：根據(jù)所述需求的目標(biāo)與所述變量，編制所述噴嘴基于遺傳算法的優(yōu)化設(shè)計程序。

步驟S5：根據(jù)所述約束條件，基于所述優(yōu)化設(shè)計程序確定所述需求的最佳參數(shù)以及其對應(yīng)的所述變量的參數(shù)。

優(yōu)選的是，所述約束條件包括：包括旋流槽數(shù)量n的范圍、噴口長徑比L0/d0的范圍、旋流半徑Rs與噴口半徑r0比的范圍、旋流槽寬度b與深度h比的范圍、旋流槽長度L與寬度b比的范圍。

優(yōu)選的是，所述步驟S5之后還具有步驟S6：將所述變量的所述參數(shù)對應(yīng)的所述噴嘴進行燃燒室的溫升與效率實驗驗證，將所述實驗驗證的結(jié)果與預(yù)設(shè)指標(biāo)比對，所述實驗驗證的結(jié)果符合所述預(yù)設(shè)指標(biāo)，則輸出所述變量的所述參數(shù)，所述實驗驗證的結(jié)果不符合所述預(yù)設(shè)指標(biāo)，則返回所述步驟S5。

優(yōu)選的是，步驟S5中所述的編制所述噴嘴基于遺傳算法的優(yōu)化設(shè)計程序，其具體為：在所述約束條件下，所述優(yōu)化設(shè)計程序?qū)⑺鲎兞客ㄟ^雜交、突變及篩選的方法迭代。

優(yōu)選的是，所述優(yōu)化設(shè)計程序依據(jù)如下公式：

Optimum(ΔP_L,Wf,SMD,θ)＝fsearch(n,b,h,d_0,Ds)

ΔP為噴嘴進出口壓力差。

優(yōu)選的是，步驟S5中所述優(yōu)化設(shè)計程序確定所述需求的最佳參數(shù)以及其對應(yīng)的所述變量的參數(shù)，具體為：所述優(yōu)化設(shè)計程序通過等間隔遞增方法進行所述變量的搜索。

優(yōu)選的是，所述等間隔遞增方法具體為：間隔大小由最大值減去最小值除以每一次所述迭代的個體數(shù)量獲得。