[發明專利]基于三維反設計的噴水推進泵噪聲優化方法和系統

在審

• 申請號: 202211083727.1
• 申請日: 2022-09-06
• 公開（公告）號: CN115455854A
• 公開（公告）日: 2022-12-09
• 發明（設計）人: 王德忠;龔波;尹俊連;張正川
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;G06F30/17;G06F113/08;G06F119/10;G06F119/14
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 胡晶

1.一種基于三維反設計的噴水推進泵噪聲優化方法，其特征在于，包括：

步驟1：構建基于三維反設計的噴水推進泵噪聲優化水力模型，包括葉輪、轉輪室、導葉輪轂、導葉葉片和導葉室，葉輪葉片固定于葉輪輪轂，葉輪葉片葉稍端面與轉輪室內壁面留有等距離葉頂間隙，導葉葉片葉根固定于導葉輪轂，導葉葉片葉頂固定于導葉室；

步驟2：采用四點三次貝塞爾曲線分別對轉輪室和導葉室輪緣曲線和輪轂曲線擬合，得到各個曲線的控制點P0、P1、P2、P3在周向XY平面上的坐標和貝塞爾曲線擬合的子午面流道模型；

步驟3：確定葉輪葉片進口載荷數值和葉輪進出口載荷的樣本空間，建立葉輪葉片和導葉葉片載荷的參數化設計模型；

步驟4：采用線性角度堆疊方式，將堆疊角θ作為設計參數變量；

步驟5：采用計算流體力學的方式先后進行單流道流場的定常計算和非定常計算，以節省單個優化點的計算時間，采用計算流體力學與計算聲學相耦合的間接法預測流噪聲；

步驟6：確定各設計變量參數取值范圍，對泵多參數進行敏感性分析，通過逐一改變相關設計變量數值，得到優化目標受因素變動影響大小的規律；

步驟7：采用智能優化算法NSGA-II實現性能的全自動優化，經過多次迭代計算，在全局范圍內獲得最優過流部件參數組合，實現過流部件的性能匹配設計，并最終得到目標函數噪聲水平最小的模型。

2.根據權利要求1所述的基于三維反設計的噴水推進泵噪聲優化方法，其特征在于，控制點P0為首點，控制點P3為末點，P1和P2為中間點，P0與P3的坐標被限定，P1和P2坐標可變動，令：

則P1和P2點坐標滿足：P₁＝P₀+c₁(P₃-P₀)，P₂＝P₃-c₂(P₃-P₀)，其中c₁∈[0,1]，c₂∈[0,1]；以每條曲線的c1、c2為參數變量，四條曲線共八個參數變量，記為c0～c7，c0～c7的取值范圍均為[0，1]。

3.根據權利要求1所述的基于三維反設計的噴水推進泵噪聲優化方法，其特征在于，所述步驟3包括：基于目標噴水推進泵的流量、揚程和轉速確定葉輪葉片進口載荷數值，根據需求確定葉輪進出口環量差的范圍，從而確定葉輪進出口載荷的樣本空間，在載荷分布時限制葉梢處載荷以實現葉梢渦空化控制，從而降低空化噪聲；

采用三段式葉片載荷控制方式控制葉片上載荷分布，以載荷分布控制變量為設計變量實現葉片的參數化，建立葉輪葉片和導葉葉片載荷的參數化設計模型。

4.根據權利要求1所述的基于三維反設計的噴水推進泵噪聲優化方法，其特征在于，所述步驟5包括：基于Lighthill方程將流噪聲的產生與傳播分開考慮：采用計算聲學的方式計算聲傳播時耦合的泵體振動，在聲學網格劃分完成后，結合聲源信息文件和泵體的結構模態文件進行聲學計算，得到導葉腔室出口處的流噪聲。

5.根據權利要求1所述的基于三維反設計的噴水推進泵噪聲優化方法，其特征在于，所述步驟6包括：采用響應面試驗設計的方式設計多組試驗方案，并建立優化目標和設計變量間的二次項的函數，進行二次回歸分析，從而獲得顯著影響泵性能的設計變量，去除影響性能較小的設計參數。