[发明专利]一种泵装置出水流道的自动优化方法及其应用

摘要

一种泵装置出水流道的自动优化设计方法，属于泵站工程技术领域，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，本发明原理清晰，与现有技术相比，采用泵装置出水流道的自动优化方法可降低泵站设计人员的工作量，加快工程项目的预研进度，节约泵站方案比较的时间周期，达到加快泵站工程建设的目的。本发明在考虑了导叶出口剩余环量的基础上对出水流道进行了自动优化，故所得结果更接近于出水流道的实际情况。

主权项

一种泵装置出水流道的自动优化设计方法，包括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；其特征在于，所述自动优化设计方法还包括如下步骤：(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、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；(4)对ANSYS CFX‑Post后处理软件生成的结果文件，采用Matlab语言程序对结果文件的数据进行处理，并输出目标函数文件jg.txt文件，在求解计算过程中，还需用删除中间生成的多余文件的批处理文件del.bat，del.bat批处理文件的语句表述为：del“路径/UGS/NX6.0/UGⅡ/LD_001.res”“路径/UGS/NX6.0/UGⅡ/LD_001.out”；(5)本发明的自动优化设计方法采用非支配解排序遗传算法，该算法无需人为设置各目标的权重及比例系数，多目标优化算法会自动给出所有权重组合下的最优方法；(6)出水流道自动优化目标函数为水力损失△h和动能恢复系数δ，约束条件为出水流道的各关键控制尺寸。出水流道的目标函数计算式为Max：δ=v‾inc2/2g-(Δhc+v‾outc2/2g)v‾inc2/2g]]>Min：Δh=Einc-Eoutcρg]]>式中：Einc、Eoutc分别为出水流道进口和出口断面的总压，Pa。