[发明专利]基于迁移学习优化液-固水力旋流器分离性能的方法

说明书

本发明提出一种基于迁移学习优化液‑固水力旋流器分离性能的方法，该方法包括如下步骤：训练并建立液‑固水力旋流器在各工况下的数据源域，通过迁移学习对未知模态下的工况进行建模，以确定液‑固水力旋流器的特性参数；获取液‑固水力旋流器的经验特性参数；根据液‑固水力旋流器的特性参数以及所获取的经验特性参数进行数值模拟；通过数值模拟以确定得到通过迁移学习所确定的液‑固水力旋流器的几何模型；计算气‑液两相流的流动特性、空气柱特性、固相流动特性以及液‑固水力旋流器的模拟分离效率；进而计算得到液‑固水力旋流器的最优分离效率值。本发明可高效地实现液‑固分离水力旋流器分离性能的提升。

技术领域

本发明涉及水力旋流器设计技术领域，特别涉及一种基于迁移学习优化液-固水力旋流器分离性能的方法。

背景技术

水力旋流器是工业生产中常用的两相分离设备，具有结构简单、操作方便、生产能力大、分离效率高以及占地面积小等诸多优点。水力旋流器的应用包括固液分离、液气分离、固固分离、液液分离以及液气固三相同时分离等。水力旋流器作为分离分级设备，其基本工作原理是基于离心沉降作用，当待分离的两相混合液以一定压力从水力旋流器入口进入器内后，产生强烈的旋转运动，由于轻相和重相存在密度差，所受的离心力、向心浮力和流体拽力的大小不同，受离心沉降作用，大部分重相经旋流器底流口排出，大部分轻相从溢流口排出，从而达到分离的目的。

目前，水力旋流器已广泛用于石油、化工、矿业、食品以及环保等诸多领域。例如，矿冶工程中的分级、选别、产物浓缩以及洗漆澄清等；石油化工中的油水分离；食品工业中粗细粒分级、去杂以及淀粉的洗漆等；造纸工业中纸张涂料的制备以及造纸废水的处理等；环保工程中的工业和生活废水处理等。

水力旋流器通常用于工业化规模化生产，水力旋流器的性能对其生产能力、经济效益、产品质量具有重要影响。在实际应用中，水力旋流器通常根据生产能力、分级粒度或现有产品进行选型，或通过经验方法进行水力旋流器基本直径及相关结构参数的初步设计，按照上述这些方式所确定的水力旋流器在性能上很难实现在特定的生产需求下达到最优。因此，对水力旋流器作进一步的优化具有重要的工程意义。

目前，对水力旋流器的优化研究更多是针对具体的工程应用问题。(1)通过单因素试验方法定量分析各因素对水力旋流器性能的影响，进而实现水力旋流器关键参数的选取。该方法能够直观地获得各因素对水力旋流器性能的影响规律，但试验量巨大，同时其忽略了因子间的交互作用影响；(2)应用试验设计方法进行试验方案设计，对试验结果进行统计学分析实现参数优化。该方法同样受试验成本及工作量制约，试验因素数量的选取受到极大限制，只能对部分参数进行优化；(3)另一种是应用数值模拟方法，通过单因素数值模拟，分析各影响因素对其内部流场特性及水力旋流器性能的影响。该方法通过选择适宜的湍流模型和仿真参数，能够对水力旋流器部分性能进行近似的定量分析，同时获取各因素对内部流场的影响规律，从而对水力旋流器分离机理进行分析。但数值模拟方法受模型选择、网格划分方法影响较大，目前的数值模拟方法大多用于研究各因素对水力旋流器内部流场特性的影响规律，其对水力旋流器的结构设计及工艺制定具有一定的理论指导作用，但很难直接用于工程应用。(4)另外一种是通过数值模拟对水力旋流器内部流场进行分析，从而根据现有的水力旋流分离机理对水力旋流器结构进行改进。显然，该改进依然是通过定性的方法获得的，优化能力有限，同时针对性强，不便于其它工程应用问题的借鉴。

具体而言，水力旋流器的分离性能受多方面因素影响，包含：物性参数、操作参数以及结构参数。其中，物性参数包括颗粒密度、颗粒粒度2项；操作参数包含矿浆浓度、入口速度2项；结构参数包含水力旋流器基本直径、柱段长度、锥角、入口直径、溢流口直径、底流口直径、溢流管插入深度以及溢流管壁厚等8项。此外，水力旋流器的安装倾角、外部环境压强也会对分离性能产生影响。