[发明专利]基于Optimus软件与Fluent软件相结合对蒸汽喷射液化装置优化的方法

说明书

技术领域

本发明涉及食品及药品机械产品中使用的喷射液化器，具体是一种基于Optimus软件与Fluent软件相结合对蒸汽喷射液化装置优化的方法。

背景技术

蒸汽喷射液化装置是一种利用高压流体抽吸低压流体的装置，通过工作流体的射流来实现能量的转化。它具有结构简单、没有运动部件、运行费用低廉、操作维修方便等优点，并且对被抽介质无严格要求，对于有毒性、易燃易爆、腐蚀性强乃至可凝性气体等几乎都适用，因此在国内外的能源动力、石油化工、冶金、轻工纺织、建筑、制冷、工业热工等领域均得到了广泛应用。

蒸汽喷射液化装置效率的提高，对许多工业领域的能源利用效率的影响是非常大的。因此，对其机理和性能参数的研究，得到许多学者的关注。这其中，最大的一个难点就在于蒸汽喷射液化装置内部流体的混合过程非常复杂，试验难以观察，对其混合机理并没有完全充分的认识和研究。蒸汽喷射液化装置内复杂的流动过程，也使得对其理论分析的精确度受到限制。传统的设计计算一般都是依据建立在一维分析基础上的半经验公式，对蒸汽喷射液化装置内部流场的动态分析几乎无法实现，其结构参数的精准度难以保证，很多情况是凭借经验估计出来的数值。

通过对与蒸汽喷射液化装置研究相关文献的研究分析发现，在试验方面，尽管试验技术已经有了飞速的发展，如激光测速技术、全息技术等均有改善，但是由于试验测量蒸汽喷射液化装置内部流场的难度大，试验次数有限，尺寸和试验条件的改变困难大、周期长，试验费用高等，使得现场试验研究难以开展，不能完全满足生产实际的需要。在理论方面，尽管以一维理论为基础的蒸汽喷射液化装置设计、分析方法较为成熟，但一维分析理论是基于静态流体的理论，无法适应蒸汽喷射液化装置内部流场随压力和温度动态变化的实际工况。且由于蒸汽喷射液化装置是用于食品、药品和能源领域的机械产品，属交叉学科研究，目前国内外对蒸汽喷射液化装置内部复杂流场的动态研究还很少，引入研究流体动力学的Fluent软件和多学科设计优化(multidisciplinary design optimization，简称MDO)技术相结合的方法是对蒸汽喷射液化装置这一产品进行动态仿真设计的一次创新。

目前在蒸汽喷射液化装置设计实践中，追求最优化性能一直是广大学者不懈努力的理想与目标。传统蒸汽喷射液化装置设计过程很难达到最优设计。多学科设计优化(multidisciplinary design optimization，简称MDO)技术的出现使在蒸汽喷射液化装置的设计中获得全局最优成为可能，其主要思想是在复杂系统整个设计过程中充分利用分布式计算机网络技术来集成各学科的知识，按照面向设计的思想来集成各个学科的模型和分析工具，通过有效的设计和优化策略组织和管理设计过程，充分利用各学科相互作用产生的协调效应获得系统整体最优解。

蒸汽喷射液化装置的优化设计对于研发高性能蒸汽喷射液化产品，缩短设计周期、降低研发费用都具有重要的理论意义和工程价值。对蒸汽喷射液化装置进行优化设计的首要任务是详细掌握蒸汽喷射液化装置内部流体流动的动力学特性，以前这一工作只能依靠物理模型试验才能得到，而采用试验方法对蒸汽喷射液化装置头内部流动仅限于对进出口的流体特征量(压力、流量等)进行测量，对壁面的压力分布进行测量等等，对于装置内部的流动情况，如流体在内部的流动形态、流速分布、压力分布、流动分离等，物理模型试验的手段是无能为力的。而使用计算流体动力学——CFD方法，可以得到蒸汽喷射液化装置内部流动特征量详细的分布，利用蒸汽喷射液化装置内部流动特征量对蒸汽喷射液化装置头进行多学科设计优化是提高蒸汽喷射液化装置性能的可行方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种采用基于多学科设计优化软件Optimus与计算流体动力学软件Fluent相结合的方法对蒸汽喷射液化装置进行优化设计，该技术能够有效地研究设计变量对蒸汽喷射液化装置性能的影响，缩小优化问题规模，在提高滴头性能的同时，为滴灌产品提供具有共性的、普遍指导意义的、可操作的优化设计技术。

本发明为解决技术问题采用的技术方案是，

一种基于Optimus软件与Fluent软件相结合对蒸汽喷射液化装置优化的方法，其特征在于：所述基于Fluent与Optimus多学科设计优化方法，滴灌滴头多学科设计优化喷射液化装置的过程主要步骤如下：