[发明专利]一种泵装置出水流道的自动优化方法及其应用

说明书

技术领域

本发明属于泵站工程技术领域，涉及一种泵装置出水流道的自动优化设计方法，特别是对于低扬程块基型泵站。

背景技术

泵站是重要的水利基础设施，在大范围内的农田和区域抗旱、防洪排涝、城镇供水，污水排放和跨流域调水等方面均起着关键的作用。泵站出水流道的设计优化将得到越来越多的重视，2015年中央一号文件《关于加大改革创新力度加快农业现代化建设的若干意见》中提到了灌排泵站为农业服务的重要性，水环境的综合治理以及城市防洪标准体系提高。

出水流道是连接水泵导叶体出口与出水池的过流通道，具有长度短、断面形状变化较大的特点，目前，泵站出水流道的设计方法常采用一维水力设计方法，其假定出水流道断面平均流速等于设计流量除以断面面积，以沿流道断面中心线的各断面平均流速光滑变化为目标。通过一维水力设计获得流道的断面图，再进行三维建模与数值计算分析，并人工修改不合理的流道型线，直至获得满意结果，这种方法从数学角度看仅能算作多方案比选，不能称之为优化，这种常规的优化方法需耗费大量的时间且工作量大。常规的出水流道设计及优化均未考虑导叶体出口剩余环量的影响，优化结果与泵站实际情况偏差较大。

发明内容

本发明针对上述实际工程泵装置出水流道优化过程中存在的不足，提供一种泵装置出水流道的自动优化方法，并结合应用案例，主要解决2个方面的问题：1.泵装置出水流道优化时，需考虑导叶体出口剩余环量的问题；2.无需人工参与出水流道型线的修改。

本发明的技术方案是：一种泵装置出水流道的自动优化设计方法，其特征在于：采用非支配解排序遗传算法对出水流道进行优化求解，建立出水流道形体的三维数学参数化模块、出水流道的三维湍流数值求解模块、目标函数求解及集成模块，所述出水流道形体三维数学参数化模块包括：三维形体控制参数、形体三维自动造型和输出计算区域模型三部分；所述出水流道的三维湍流数值求解模块包括：读取模型网格剖分、自动设置边界条件、求解输出结果文件和自动输出相应数据文件四部分；所述目标函数求解仅为求解目标函数的程序。

一种泵装置出水流道的自动优化设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)依据出水流道的三维几何形状特征，给出数学表达式，并确定出若干控制参数，并将其作为优化参数；出水流道自动优化的约束条件：出水流道三维形体的关键控制参数，并给出优化范围；约束条件的选取与流道的三维形体建模有一定的关系，流道的三维形体建模将非关键控制尺寸与关键控制尺寸进行关联，可确保非关键控制尺寸随关键尺寸的改变而改变；

(2)构建泵装置出水流道的形体三维数学参数化造型模块，基于Visual C++6.0编写了自动读取三维造型控制尺寸的输入文件LD.exp，并按输入文件的数据进行三维实体造型(LD.prt文件)、输出三维造型数据文件LD.x_t文件的相应程序，流道的三维造型模块的自动更新需要用Visual C++6.0编写相应的程序文件ugupdate.exe。为了让程序能嵌入Isight优化平台中，需编写批处理文件ug_xt.bat，语句为：“路径/UGS/NX6.0/UGⅡ/ugupdate.exe”LD.prtLD.exp”路径/UGS/UGS/UX6.0/UGⅡ/LD.x_t”；

(3)泵装置出水流道优化问题是反复迭代的，优化软件iSIGHT使用了非插入方法，驱动CAD设计工具，且可驱动CAD设计工具组织内部开发的代码，其代码采用Microsoft Visual C++或Visual Fortran脚本编写。在集成到iSIGHT进行工程设计时，需将网格剖分软件ICEM CFD，CFD商用软件ANSYS CFX-Pre前处理软件、ANSYS CFX-Slove求解器及ANSYS CFX-Post这4种功能不同的软件集成到Isight优化平台中，为实现4部分程序能够集成于优化软件中，编写了4个软件的批处理文件；

流道三维湍流数值计算模块中4个软件的各部分输入、启动及输出文件。icemug.bat批处理文件通过读取LD.x_t文件，实现在ICEM CFD中的三维造型，并对其进行网格剖分，同时输出LD.cfx5文件。cfxpre.bat批处理文件通过读取LD.cfx5文件，对流道进行边界条件及求解方法的设置，并输出求解文件LD.def。cfxsolve.bat批处理文件通过读取文件LD.def，进行流道内三维湍流流场的数值求解并输出LD.res文件，cfxpost.bat批处理文件通过读取LD.res结果文件，对流道输出相应目标函数求解的原始数据文件，文件后缀名为csv；