[发明专利]一种流体动力输送装置优化选型设计方法

摘要

本发明公开了一种流体动力输送装置优化选型设计方法，针对射流转换元件水力模型及优化目标，根据数值仿真和试验经验，确定7个型号设计参数。本发明将7个设计参数作为优化变量，建立优化模型，以综合考虑装置输送性能与规模的复合优化判据作为指标，利用遗传算法对流体动力输送装置进行优化设计，根据优化设计结果绘制关于装置流量及扬程的高效区，并形成可供工业应用选型的型谱图。用户直接根据本发明方法得到的型谱图，依照所需的输送流量、扬程及装置规模进行选型，再根据所选型号从型谱图参数表中查询装置的具体设计参数，以此设计可供使用的流体动力输送装置。

主权项

1.一种流体动力输送装置优化选型设计方法，其特征在于包括如下步骤：(1)采用遗传算法进行优化设计流体动力输送装置的优化目标是以最小的系统规模达到最佳的输送性能；以满足用户指定平均流量、扬程及参数约束条件的方案为有效方案，其输送性能和规模分别用效率N和周期T反映，提出复合优化判据：K＝N/Tn   (1)其中K为复合优化判据，n为装置规模指数，其值取0～1；T作为系统规模大小的衡量标准；针对流体动力输送装置水力模型及优化目标，以W和M分别表示系统性能和规模；根据数值仿真和试验，确定需要优化的参数为换能筒直径Dpc、换能筒高度hpc、流体动力输送装置浸没深hf、压冲压力Pi、反吸压力Pr、喷嘴直径dt、出料管直径do；考虑到需要优化的参数实际应用中各自的定义域，同时考虑到参数配套尺寸约束，流体动力输送装置水力模型如下：maxW＝maxf(Dpc,hpc,hf,Pi,Pr,dt,do)minM＝minf(Dpc,hpc,hf,Pi,Pr,dt,do)采用遗传算法求解；(2)计算装置高效区对于流体动力输送装置，将扬程H、平均流量Q作为遗传算法优化变量，在固定其他7个优化参数的情况下，利用算法选出具有高效率的H‑Q组合，得到高效区；(3)型谱图设计改变平均流量Q、扬程H、规模指数n，对多组工况进行步骤(1)中所述优化设计，再针对对应平均流量Q、扬程H、规模指数n工况的优化设计结果分别进行步骤(2)所述的高效区绘制，得到包含各装置高效区的型谱图；(4)型谱图选型用户直接根据型谱图，依照用户所需的输送流量、扬程及装置规模进行选型，再从与型谱图对应的参数表中查询所选型号装置的具体设计参数，根据所选参数设计可供使用的流体动力输送装置；所述步骤(1)中，首先基于流体动力输送装置水力模型定义适应度函数，针对给定平均流量Q、扬程H和规模指数n以求解各参数的优化目标，遗传算法适应度函数编制流程如下：(1.1)确定已知参数粘度，密度，管道阻力系数，水平管线长度Lo，扬程H，规模指数n和平均流量Q；(1.2)采用遗传算法产生的一个本代个体，即一组优化变量：hf，do，dt，hpc，Dpc，Pi，Pr；(1.3)判断各变量是否满足参数约束条件，不满足则给适应度赋值1000，结束计算；(1.4)计算扬程H和平均流量Q并判断脉冲周期T是否满足要求，不满足则给适应度赋值900，结束计算；(1.5)计算压冲阶段流体动力输送装置上喷嘴流量Qi及下喷嘴流量Qo，并在整个脉冲周期上求解平均流量Q、效率N，给适应度值赋值800；(1.6)判断平均流量Q、分流比Qo/Qi、后段管路损失、换能筒高径比、周期T、出流管倒流比是否控制在设定的范围，按以下准则计算适应度：(1.6.1)若平均流量Q介于Q±0.1m3/h，则适应度值为700；(1.6.2)满足步骤(1.6.1)中要求且分流比Qo/Qi介于0.9～1.1，则适应度值为600；(1.6.3)满足步骤(1.6.2)中要求且后段管路损失小于15％H，则适应度值为500；(1.6.4)满足步骤(1.6.3)中要求且换能筒高径比介于2.5～3.5之间，则适应度值为400；(1.6.5)满足步骤(1.6.4)中要求且周期小于1000秒，则适应度值为300；(1.6.6)满足步骤(1.6.5)中要求且出流管倒流比大于8，为有效方案，计算复合优化判据K，适应度值为‑K。