[发明专利]一种用于高温泵设计的多变量多目标并行优化方法

权利要求书

1.一种用于高温泵设计的多变量多目标并行优化方法，其特征在于，包括如下步骤：

分别建立效率、气蚀性能和结构可靠性的优化目标模型集合

首先，基于正交优化，分别建立第一优化目标效率的52组数学模型集，对每组数据对应的泵模型进行水力建模，并基于CFD模拟技术计算其水力效率模型集，每组包括12因素和5变量，12因素包括11个结构参数和1个水力效率值；

其次，对水力效率模型集进行随机变异，建立以气蚀性能为第二优化目标的52组数学模型集合，依次对每组数据对应的泵模型进行水力建模，并基于CFD模拟技术计算其气蚀性能模型集，每组包括12因素和5变量，12因素包括11个结构参数和1个气蚀余量值；

再次，对气蚀性能模型集进行随机变异，建立以结构可靠性为第三优化目标的52组数学模型集合，依次对每组数据对应的泵模型进行水力建模，并基于CFD模拟技术计算得到叶轮和导叶与流体相交的交界面流体压力数据，然后基于workbench搭建流体机械的单向耦合的数学计算模型，将交界面流体压力数据导入workbench中对叶轮和导叶的静力分析模块，计算叶轮和导叶的最大变形量和最大应变力得到结构可靠性模型集，每组包括13因素和5变量，13因素包括11个结构参数、1个最大应变力值和1个最小应变力值；

所述结构参数包括叶轮出口直径D₂、叶片进口安放角β₁、叶片出口安放角β₂、叶轮出口倾斜角γ、叶轮叶片包角φ1、叶轮叶片出口宽度b₂、叶轮导叶进出口间隙L、导叶叶片数Z2、导叶叶片包角φ2、导叶叶片进口安放角β₃、导叶叶片出口宽度b3；所述5变量即包括5种设计方案；

所述11个结构参数的初始条件由以下约束确定：

n_s≤300，n为泵转速，Q为泵流量；

β₁＝20～35；

β₂＝(1.2～1.3)·β₁；

γ＝60～75；

D₁＝(0.51～0.87)·D₂,D₁为叶轮进口直径；

L＝2～6mm；

Z2＝4～7；

Φ2＝50～80；

β₃＝(0.85～0.98)·β₂；

b3＝(0.35～0.45)·D₁；

多目标并行优化抽样组合设计

首先，分别将水力效率模型集、气蚀性能模型集和结构可靠性模型集中评价指标最差的18个模型去除；

其次，分别对水力效率模型集、气蚀性能模型集和结构可靠性模型集中剩余的34个模型，根据对应的评价指标进行重新排序，并将对应的编号依次填入结构可靠性模型集中构成对比组合表；

结构参数变量的最优分析

通过对比组合表的前10组数据，分析同时使效率、气蚀性能和结构可靠性三个优化目标最优的最优参数，对最优参数出现的频率进行统计，根据其中三组最优组合的水力模型规定每个结构参数对应的取值范围；通过对比组合表的后8组数据，分析同时使效率、气蚀性能和结构可靠性三个优化目标最差的最差参数，对最差参数出现的频率进行统计，找出与最优组合相互重叠的参数，将其视为不动因素。

2.如权利要求1所述的一种用于高温泵设计的多变量多目标并行优化方法，其特征在于，所述对水力效率模型集进行随机变异为分别将所述水力效率模型集的每组数据的其中2-4个结构参数进行随机变异。

3.如权利要求1所述的一种用于高温泵设计的多变量多目标并行优化方法，其特征在于，所述对气蚀性能模型集进行随机变异包括分别将气蚀性能模型集中的每组数据的其中2-4个结构参数进行随机变异。

4.如权利要求1所述的一种用于高温泵设计的多变量多目标并行优化方法，其特征在于，所述根据对应的评价指标进行重新排序，并将对应的编号依次填入结构可靠性模型集中，具体为：按照评价指标最优至最低的顺序进行重新排序，并将对应的编号依次填入结构可靠性模型集中构成对比组合表。

5.如权利要求1所述的一种用于高温泵设计的多变量多目标并行优化方法，其特征在于，所述取值范围的上限值为三组最优组合中的最大值，下限值为三组最优组合中的最小值。