[发明专利]基于代理模型的风道结构尺寸优化方法

权利要求书

1.一种基于代理模型的风道结构尺寸优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

(10)原始方案建模仿真：根据风道原始结构尺寸，建立风道CFD模型，在最大风量输出工况下计算得到结构尺寸优化目标变量初始值；

(20)数学模型建立：根据风道原始结构形式，选择入口、出口、弯管内侧倒角、弯管外侧倒角中至少两处结构尺寸作为结构优化变量，并根据风道整体结构的尺寸限制确定其变化范围，以结构尺寸优化目标变量最小为优化目标，建立优化问题数学模型；

(30)结构优化变量采样：利用最优拉丁超立方设计方法，在结构优化变量的取值范围内进行结构优化变量采样，结构优化变量样本个数根据代理模型所需的最小值初步拟定；

(40)样本建模仿真：根据结构优化变量样本组合方案分别建立新的CFD模型，并分别在最大风量输出工况下计算得到每个方案的结构尺寸优化目标变量取值；

(50)构建代理模型：构建多项式响应面代理模型，拟合每个结构尺寸优化目标变量和结构优化变量之间的函数关系，并验证代理模型的精度，精度不满足时，增加多项式阶数，仍不满足，则增加样本个数；

(60)多目标优化：采用带有精英保留策略的快速非支配多目标优化算法，求解优化问题数学模型，获得使结构尺寸优化目标变量最小的结构优化变量取值，即风道优化结构尺寸。

2.根据权利要求1所述风道结构尺寸优化方法，其特征在于：

所述结构尺寸优化目标变量包括用以评价出风均匀性的出口风量差和用以评价气动噪声水平的偶极子噪声声功率级。

3.根据权利要求1所述风道结构尺寸优化方法，其特征在于，所述(20)数学模型建立步骤中，所述优化问题数学模型的表达式为：

其中，

结构优化变量x＝{x₁，x₂，…，x_m}，m为结构优化变量个数；

V-min表示最小化问题，即结构尺寸优化目标变量f(x)＝[f₁(x)，f₂(x)，…，f_n(x)]^T中的所有子目标变量都趋向于达到最小，n为结构尺寸优化目标变量个数；

g_i(x)≤0为不等式约束条件，根据结构优化变量或结构尺寸优化目标变量的约束确定，l为约束条件个数。

4.根据权利要求1所述风道结构尺寸优化方法，其特征在于，所述(30)结构优化变量采样步骤中，结构优化变量样本个数应不少于构建最高阶多项式响应面代理模型所需的最少样本个数，4阶多项式响应面代理模型所需的最少样本个数计算公式为：

N＝(m+1)(m+2)/2+2m

其中，N为最少样本个数，m为结构优化变量个数。

5.根据权利要求1所述风道结构尺寸优化方法，其特征在于，所述(50)构建代理模型步骤包括：

(51)代理模型选择：初始选择公式简单的低阶多项式或精度较高的高阶多项式，构建多项式响应面代理模型；

(52)代理模型精度验证：根据每个方案的结构尺寸优化目标变量取值，分别拟合每个结构尺寸优化目标变量和结构优化变量之间的函数关系，并用方差分析的方法验证代理模型的精度；

(53)精度判断：将代理模型精度与精度阀值比较，当不满足要求时，增加多项式阶数，再用方差分析的方法验证代理模型的精度，如果仍然不满足则增加样本个数，转至(30)结构优化变量采样步骤。