基於多目標遺傳算法的雙流道泵葉輪水力最佳化模型研究

《基於多目標遺傳算法的雙流道泵葉輪水力最佳化模型研究》是依託江蘇大學，由趙斌娟擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於多目標遺傳算法的雙流道泵葉輪水力最佳化模型研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：趙斌娟
• 依託單位：江蘇大學

項目摘要

雙流道泵是一種無堵塞性能好的新型離心泵，在國民生產各領域、尤其是環保領域得到了廣泛的套用。然而，其葉輪水力性能較差已成為制約雙流道泵發展的主要瓶頸，開展雙流道泵葉輪水力最佳化研究是解決這一問題的有效途徑。本項目聯合流場計算和先進的最佳化算法，研究並建立基於多目標遺傳算法的雙流道泵葉輪水力最佳化模型，具體內容包括：通過結構分析確定雙流道泵葉輪的建模方法、格線類型和拓撲結構；結合數值實驗和PIV測量研究高速旋轉、流道曲率、局部流動對雙流道泵葉輪內湍流結構生成和演化的影響機理，建立既真實反映流動情況又適合數值求解的湍流模型；基於人工神經網路建模研究，建立雙流道泵葉輪水力性能預測模型；研究適合雙流道泵葉輪多目標遺傳最佳化的葉輪參數編碼方案、適應度函式、選擇、交叉和變異運算元。本項目旨在建立一種新的雙流道泵葉輪水力最佳化模型，為提高雙流道泵的水力性能奠定理論和技術基礎，為其他泵的最佳化設計研究提供借鑑。

結題摘要

本項目聯合流場計算、數值最佳化算法和PIV測量，研究並建立基於多目標遺傳算法的雙流道泵葉輪水力最佳化模型，具體內容包括：運用全隱式多格線耦合算法研究了葉輪流道結構對雙流道泵內流場和外特性的影響，獲得了最優葉輪流道結構形式；套用大渦模擬對不同隔舌間隙的雙流道泵葉輪和蝸殼耦合流場進行三維瞬態數值計算，研究葉輪相對於隔舌不同位置時的非定常流動特性，得到了隔舌間隙數對雙流道泵水力性能的影響規律；以最高效率PE、高效區的相對寬度HE、小流量區的功率穩定性TE、瞬態徑向力最小值RF為目標函式，利用Plackett-Burman試驗設計方法對雙流道泵的設計變數進行篩選，基於回響面法建立了目標函式與設計變數的關聯式，發展了基於回響面法的雙流道泵多目標最佳化設計方法；研究了壁面粗糙度對雙流道泵內尾流-射流現象和外特性的影響，提出了基於等效沙粒粗糙度模型和全流道計算區域的雙流道泵效率計算公式；結合均勻試驗設計和BP神經網路建立雙流道泵水力性能預測模型，其中隱含層的傳遞函式為tansig函式，輸出層的傳遞函式為purelin函式，隱含層共設定9個神經元。訓練神經網路的試驗點的目標函式值由CFD計算得到，對比神經網路的預測值和CFD的計算值，利用Levenberg-Marquardt算法反覆訓練神經元，提高預測精度；採用二進制編碼方法對雙流道泵的幾何參數進行編碼，以揚程H和效率η為最佳化目標，以目標函式值作為種群個體的適應度值，通過選擇、變異和繁殖子程式產生子代葉輪，以隨機競爭法作為選擇算法，編寫基於“分割-並列選擇-合併”並行操作理念的多目標遺傳算法主程式，結合CFD計算和BP神經網路預測，建立了多保真度的、多目標的雙流道泵水力尋優模型；搭建了雙流道泵內流測量試驗台，運用三維PIV技術對雙流道泵的內部流動進行了測量，為數值計算提供邊界條件和試驗驗證。本項目建立的雙流道泵葉輪水力最佳化模型，為提高雙流道泵的水力性能奠定理論和技術基礎，為其他泵的最佳化設計研究提供借鑑。