[发明专利]一种基于DOE的高温泵散热器数值优化方法

说明书

本发明属于水泵技术领域，公开了一种基于DOE的高温泵散热器数值优化方法，主要用于计算出散热效果最佳的高温泵散热器主要几何参数的最优组合。本发明的过程为：(1)基于DOE方法建立高温泵散热器数值优化的样本库；(2)采用响应面模型、或Kriging模型、或径向基函数神经网络模型，构建高温泵散热器主要几何参数与高温泵散热器散热性能之间的近似模型；(3)采用全局优化算法对近似模型进行全局优化；(4)根据优化结果，对高温泵散热器进行温度场分析、热变形分析、变形量分析。本发明提供了一种高温泵散热器的数值优化方法，不仅可以快速准确地确定高温泵散热器主要几何参数的最优组合，还可以大大缩短设计周期。

技术领域

本发明属于水泵技术领域，特指一种基于DOE的高温泵散热器数值优化方法。

背景技术

高温泵一般为立式泵，泵在工作时，运行温度较高，但是轴上的联轴器可承受温度不得高于80℃，且温升不得超过40℃，否则会影响轴承的使用寿命和泵的正常运行，从而降低泵的工作效率，这就对高温泵的散热系统提出了更高的要求。如何有效地对高温泵进行散热，使轴承端温度降低至允许范围之内，一直是高温泵设计的难题之一。

目前，全因子设计、正交试验、拉丁超立方设计等DOE优化方法已经广泛应用于各个领域，如中国专利文献记载的基于BP神经网络和遗传算法的钢轨焊缝精铣机床横梁体优化设计方法【申请号：201610100874.3；公布号：CN105574300A】采用正交试验方法，利用神经网络计算种群适应度和约束条件，从而进行了遗传算法优化求解，达到了提高刚度和减轻重量的目标；一种高负荷风扇/压气机端壁造型优化设计方法【申请号：201410554023.7；公布号：CN104317997A】基于自适应遗传算法及人工神经网络响应面模型，结合正交试验，实现了对压气机端壁的自动全局优化；一种LED散热器结构的双目标综合优化设计方法【申请号：201510893869.9；公布号：CN105320822A】通过响应面分析法，结合正交试验和遗传算法，对LED散热器的参数进行了双目标综合优化，有效提高了散热器的散热效率。可见，利用正交试验等DOE方法已经解决了很多工程实际问题，为一些产品的优化设计提供了切实可靠的方法。

为此，本发明主要针对高温泵散热器的散热性能进行了数值优化研究，旨在为以后高温泵散热器的设计提供一定的参考。

发明内容

针对上述问题，本发明旨在提供一种基于DOE的高温泵散热器数值优化方法。

为了实现上述目的，采用如下技术方案：

(1)基于DOE方法建立高温泵散热器数值优化的样本库；

(2)采用响应面模型、或Kriging模型、或径向基函数神经网络模型构建高温泵散热器主要几何参数与高温泵散热器散热性能之间的近似模型；

(3)采用全局优化算法对近似模型进行全局优化，得出高温泵散热器主要几何参数的最优组合；

(4)根据优化结果，对高温泵散热器进行温度场分析、热变形分析、变形量分析。

其具体步骤如下：

(1)基于DOE方法建立高温泵散热器数值优化的样本库：

A、根据高温泵散热器对流换热的换热量公式，确定影响高温泵散热器对流换热面积的主要几何参数，散热孔的直径D和数量N；

所述换热量Q的计算公式：

确定影响高温泵散热器对流换热面积的主要几何参数；式中：h_i为对流换热系数，A_i为固体壁面对流换热表面积，T_wi和T_fi分别为壁面温度和流体温度；