[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

说明书

本发明是一种用于高温泵设计的多变量多目标并行优化方法，本发明基于多目标多学科优化基础，本高温泵主要工作在300摄氏度度的极限工况下，将高温泵的优化流程模块化，模块一为实验设计模块，模块二为多目标并行优化算模块，模块三为最优分析和重新设计模块。本发明结合CFD计算和有限元分析，并建立高温泵的数据库，对水力性能、气蚀性能和安全可靠性三个指标进行评估，且多个设计变量，得到对高温泵三个优化指标的最优设计和最差设计，并利用最差设计的结果去约束最优设计，从而建立一种多变量多目标并行的高温泵的设计优化方法。

技术领域

本发明涉及高温泵的优化设计方法，具体是一种用于高温泵设计的多变量多目标并行优化方法。

背景技术

高温泵广泛应用于发电、石油、化工、制药等众多领域。随着国家标准的提高，对高温泵的性能及安全可靠性的要求越来越高，且越来越多的厂家，对其输送的介质都要求无泄漏的工艺环境，迫切需要选择理想的泵型。目前高端的高温泵的需求量越来越大，然而国内对大型工业用泵的研制难以取得突破，大部分依赖于进口。高温高压离心泵的设计涉及到流体力学、材料力学、结构力学和热力学等多个学科，偶家标注比如消防泵、超超锅炉给水泵、核电站上充泵都属于高温高压多级离心泵。

传统的设计方法是基于速度系数法，根据经验对介质为水的泵模型进行改进，然而这种设计考虑的因素过于单一，仅仅把高温泵的水力性能考虑在内，高温泵的设计还有两个很重要的指标，即气蚀性能和安全可靠性，需要保证高温泵经过使用长时间的生产性连续运行考验。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术中的上述缺陷，提出一种适用于高温泵的水力优化方法，将传统的水力设计应用于高温泵，并通过多变量多目标并行优化的方式，基于流体力学、材料力学、结构力学和热力学四个学科对高温泵进行水力设计，主要优化指标包括效率、气蚀性能和结构可靠性三个方向，同时满足高温泵在水力设计和安全性能的指标。

本发明采用如下技术方案：

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；

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