[发明专利]一种基于模拟退火算法的离心式压缩机结构优化方法

说明书

本发明涉及一种基于模拟退火算法的离心式压缩机结构优化方法，属于叶轮机械技术领域；包括建立离心式压缩机一维性能预测模型；确定优化过程中的设计变量；单一设计变量变化对性能影响分析；建立力学结构及压比约束条件下结构优化数学模型；基于模拟退火算法压缩机最佳设计变量参数的求解。本发明旨在将离心式压缩机的结构优化问题转化为数学上的组合优化问题，并用模拟退火算法进行求解，本发明在设计阶段提高了离心式压缩机的工作效率，针对特定的优化模型，在求解前通过参数变化影响分析为优化算法提供一个理想的初值，能在占用较少计算资源和时间的情况下实现离心式压缩机的结构优化。本发明计算绝对收敛、耗时短、精度高，应用前景广阔。

技术领域

本发明涉及一种基于模拟退火算法的离心式压缩机结构优化方法，属于叶轮机械技术领域。

背景技术

离心式压缩机在工业领域的应用非常广泛，从向心式涡轮增压发动机到离心式鼓风机，遍布于各个工业领域。而离心式压缩机的性能也极大地影响了生产的效率和水平。

基于基本设计理论及经验设计的离心式压缩机，其效率仍有较大的提升空间。将CFD技术和优化算法相结合是目前叶轮机械优化方法的重要发展方向，主要是通过CFD软件完成对离心式压缩机内部流场的计算并提取流体状态参数以评估其性能，然后运用优化算法通过“分析-评估-修正”的方式，反复修改结构参数完成结构优化，以提高其工作效率。这种优化方法具有较高的计算精度，但由于三维计算的网格数量巨大，计算区域结构复杂，造成计算过程收敛比较困难。并且为了节约计算机资源和时间，一般只是针对单个流道、叶片等局部结构进行分析，无法实现压缩机整体性能的最优化。

发明内容

本发明的目的是为了实现优化过程计算绝对收敛、耗时短，同时保证一定计算精度而提供一种基于模拟退火算法的离心式压缩机结构优化方法。

本发明的目的是这样实现的，一种基于模拟退火算法的离心式压缩机结构优化方法，具体包括以下步骤：

步骤1、建立离心式压缩机一维性能预测模型；

步骤2、确定优化过程中的设计变量；

步骤3、单一设计变量变化对性能影响分析；

步骤4、建立力学结构及压比约束条件下结构优化数学模型；

步骤5、基于模拟退火算法压缩机最佳设计变量参数的求解。

本发明还包括这样一些结构特征：

1、步骤1具体包括以下步骤：

步骤1.1、确定压缩机叶轮入口处气体的状态参数；

假定流体在此处的密度为ρ′₁,利用下式计算流体速度c′₁：

c′₁＝m/(ρ₁A₁sinα₁)

其中A₁为入口环形通道的截面积；

通过伯努利方程计算流体在此处的比焓：

此过程认为流体的比熵不变，即s′₁＝s₀，利用工质的物性参数表查取ρ″₁，若|ρ″₁-ρ′₁|小于规定的误差限，则计算结束，否则进行迭代计算，最终确定流体速度c₁及其状态参数；

步骤1.2、确定压缩机叶轮出口处气体的状态参数；

假定叶轮出口的流量系数为计算气体出口速度在径向方向上的分量其中u₂为叶轮外边缘旋转线速度，进而计算周速系数：