《旋流非接觸搬運器三維流場數值模擬及結構最佳化研究》是依託上海交通大學，由葉騫擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：旋流非接觸搬運器三維流場數值模擬及結構最佳化研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：葉騫
- 依託單位：上海交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
針對旋流非接觸搬運器的產品結構參數化設計依賴於經驗與純試驗方法的問題，利用計算流體力學方法，形成適於旋流非接觸搬運器參數化結構設計的數位化建模理論；建立基於多目標最佳化設計理論的旋流非接觸搬運器結構最佳化設計模型，構造相應的計算機軟體原型系統，為實現旋流非接觸搬運器產品數位化的結構參數化設計提出新方法。本研究的成果不僅適用於旋流非接觸搬運器的最佳化設計，其同樣也對基於計算流體力學模型的各種流體元件的這一類最佳化設計問題提供了有效的解決途徑。
結題摘要
本課題主要研究內容如下: （1）採用粒子成像測速技術(Particle Image Velocimetry——PIV)對旋流非接觸吸盤實驗模型在定常流動條件下進行了流場實驗測量，獲得了非接觸吸盤內部不同水平面上的流場，揭示了旋流非接觸吸盤內部流場隨氣膜間隙改變的變化規律。 （2）建立了旋流非接觸吸盤一維速度場和壓力場數學模型，並與PIV實驗結果對比得出所建立的數學模型的正確性。建立的一維數學模型只針對已經確定結構的旋流非接觸吸盤的性能進行預測。 （3）建立了旋流非接觸吸盤三維計算流體力學數值模型。分別採用k-ε湍流模型、RNG k-ε湍流模型和RSM湍流模型三種湍流模型對旋流非接觸吸盤進行數值模擬，並且分別與靜態試驗和PIV實驗結果對比得出RSM湍流模型最為精確。RSM湍流模型和RNG k-ε湍流模型可用於工程套用這一重要結論。 （4）通過對吸盤杯體直徑和高度、進氣噴嘴位置、裙板寬度、杯體底部倒角角度和導流體型線進行數值模擬分析研究，得出了對旋流非接觸吸盤性能影響較大的結構參數，為旋流非接觸吸盤進行多目標最佳化打下基礎。 （5）提出了一種適合機械結構最佳化的多島遺傳算法與內點罰函式法相結合的最佳化方法。基於該方法建立了旋流非接觸吸盤多目標最佳化設計平台，並實現了含導流體的旋流非接觸吸盤的多目標最佳化設計。該多目標最佳化平台集成了三個模組：三維模型建立模組、求解器模組和多目標最佳化設計模組。該最佳化設計平台能夠自動完成最佳化運算，這樣保證最佳化過程快速和簡潔。 （6）使用此多目標最佳化設計平台對旋流非接觸吸盤進行多目標最佳化設計後，最佳化設計結果顯示吸盤性能提升顯著，全局最優解位置吸盤產生最大提升力比最佳化前增大了105.7%，而在產生斥力位置的支撐剛度增大了95%。經過實驗驗證，數值模擬結果可以真實反映模型旋流非接觸吸盤的特性。
