[发明专利]基于代理模型的风道结构尺寸优化方法

说明书

本发明公开一种基于代理模型的风道结构尺寸优化方法，包括：(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，计算结构尺寸优化目标变量初始值，(20)数学模型建立：选择结构优化变量，建立优化问题数学模型，(30)结构优化变量采样：在结构优化变量的取值范围内进行结构优化变量采样，(40)样本建模仿真：计算根据结构优化变量样本组合的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；(60)多目标优化：求解优化问题数学模型，获得风道优化结构尺寸。本发明的风道结构尺寸优化方法，工作量小、周期短。

技术领域

本发明属于通风管道结构设计技术领域，特别是一种工作量小、省时省力、产品开发周期短的基于代理模型的风道结构尺寸优化方法。

背景技术

风道是空调系统用于送风的重要部件，室内温度的变化和出口的风量呈正相关，各 个位置的出风量要尽可能保持一致。实际工作时，由于风道比较狭长，在风道截面形状不作改变的前提下，气流在风道中向后流动的过程中速度衰减较大，靠近进风口和远离 进风口位置的各个出口处气体流速的差异极大。除此以外，风道内气流流动也不可避免 地会产生气动噪声，这又在一定程度上降低了舒适性。噪声会分散注意力，影响人的心 情，降低工作效率。其中，流速是影响噪声的一个重要因素，在风速高的情况下，气动 噪声非常明显。这是目前风道结构设计中存在的两个最主要问题，需要对风道结构进行 优化设计。

经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN101976276A，公开日为2011年 02月16日，公开了一种空调器风道结构优化设计方法，包括步骤：利用建模软件建立 至少2种不同结构的空调器风道CFD模型；通过CFD软件计算出噪声以及单位时间内 风道模型出口吹出的风量；比对出各种风道模型中风量大且噪声小的模型，并将其作为 预选方案；对所述预选方案做至少一次风道模型修改，再次重复上述步骤选择更优方案； 确定最终风道模型，进行噪声实验和风量实验。但该技术对设计参数采用反复调整择优 的方法，工作量极大且不能准确描述设计参数和性能响应之间的关系，导致风道结构的 最优化设计难以实现。

总之，现有技术存在的问题是：空调风道结构优化设计费时费力、产品开发周期长。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于代理模型的风道结构尺寸优化方法，工作量小、省 时省力、产品开发周期短。

实现本发明目的的技术方案为：

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。