CN105468857B - 一种流体动力输送装置优化选型设计方法 - Google Patents

一种流体动力输送装置优化选型设计方法 Download PDF

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Abstract

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。

Description

一种流体动力输送装置优化选型设计方法
技术领域
本发明涉及流体输送领域，具体的说是一种流体动力输送装置优化选型设计方法。
背景技术
流体动力输送装置是利用射流原理设计的流体动力输送装备，因不含运动部件，故磨损低免维修，一般用于人体不宜近距离接触的场合。流体动力输送装置由脉冲气体发生单元、换能单元、输送单元组成。装置以压缩空气为动力，由交替工作的喷射器产生脉冲气体并通过气液活塞运动产生脉冲液体，最终通过流体输送单元的射流转换元件实现流动换向，从而间歇性输出液体。流体动力输送装置具有废气排放量少、对工作温度、介质及压力的适应能力强等优势。
虽然流体动力输送装置结构简单，但由于流体传动系统设计变量多，工艺需求复杂，且流体动力元件对结构及运行参数敏感，导致该项技术的工业化推广门槛过高。其中系列化设计问题是制约该项技术在我国核工业及相关领域推广的关键因素。因此，本发明通过系列化计算为工业设计提供了流体动力输送装置优化选型设计方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种流体动力输送装置优化选型设计方法，通过基于遗传算法的优化设计，经过系列化计算，提供了流体动力输送装置的型谱图，以供工业化选型使用。
本发明中流体动力输送装置的应用形式如图1所示。
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，本发明流体动力输送装置型号设计参数有：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。本发明将以上7个设计参数作为优化变量，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，并在总结优化设计的经验基础上，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，用户直接根据需要的流量、扬程及装置规模，在本发明方法得到的型谱图上选型，即获得可高效运行的装置。
本发明流体动力输送装置优化选型设计方法，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N为效率，T为周期，作为系统规模大小的衡量标准，n为装置规模指数，其值取0～1，规模指数越小，T变化时分母变化率越小，这表示在判据中规模因素的影响越小。复合优化判据K越大，表明设计结果不仅能满足应用指标要求(流量、扬程、规模)且效率较高。
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。以上各个参数根据实际工程应用要求都有着各自的定义域，同时考虑到参数配套尺寸约束，优化目标是在满足流量的前提下使得效率最高且规模最小，数学模型如下：
maxW＝maxf(Dpc,hpc,hf,Pi,Pr,dt,do)
minM＝minf(Dpc,hpc,hf,Pi,Pr,dt,do)
采用遗传算法求解上述优化问题，首先基于流体动力输送装置优化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以求解各尺寸参数及运行参数的优化问题，遗传算法适应度函数编制流程如下：
(1)确定已知参数粘度，密度，管道阻力系数，水平进出管线长度Lo，扬程H，规模指数n，平均流量Q；
(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；
(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；
(4)计算性能参数并判断性能参数是否满足脉冲周期T、扬程H等要求，不满足则给适应度赋值900，结束计算；
(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等，给适应度值赋值800；
(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、出料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)若平均流量Q介于Q±0.1m3/h，则适应度值为700；2)满足1)中要求且分流比介于0.9～1.1，则适应度值为600；3)满足2)中要求且后段管路损失小于15％H，则适应度值为500；4)满足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；5)满足4)中要求且周期小于1000秒，则适应度值为300；6)满足5)中要求且倒流比大于8，即有效方案，计算复合优化判据K，适应度值为-K。
2、计算装置高效区
对于流体动力输送装置，将H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，可利用算法优选出具有高效率的H-Q组合，即得到高效区。
高效区计算程序流程如下：
1)为计算某流量、扬程及规模指数优化设计给出的装置参数的高效区，先将优化选型的适应度函数程序改为非迭代的计算程序，输入扬程H和步骤1得到的装置参数，输出平均流量Q和效率N；
2)在1)中得到的扬程H附近范围，采用若干扬程H等距变化值，应用1)中计算程序试算，得到相应满足优化程序的若干平均流量Q，将对应的流量和扬程绘制高效区。
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，如图2所示。
4、型谱图选型方法
本发明流体动力输送装置型谱图中各型号以射流转换元件喷嘴直径Dt和压冲压力Pi表示，Q-H坐标系中各曲线代表各型号装置运行的高效区，如图2所示；各型号装置的详细设计参数如表1所示。用户可直接根据型谱图，依照用户所需的输送流量和扬程进行选型，再从表中查询所选型号装置的具体设计参数，根据所选参数设计并安装可供使用的流体动力输送装置。
本发明流体动力输送装置优化选型设计方法可绘制多个规模指数对应的设计型谱图规模指数。规模指数n小于1，其值越大，代表规模因素即尺寸因素的影响越大，用户对控制装置尺寸的要求较高时，即需要较小的装置规模时，可选择较大的规模指数。
本发明流体动力输送装置优化选型设计方法的优点是：本发明方法及最终结果型谱图，经过验证证明可靠；不仅考虑到用户对输送流量和扬程的需求，还考虑到用户对装置规模的要求，设计了不同规模指数下的型谱图和对应的系列型号，且各型号装置效率均较高。
附图说明
图1为本发明对应的流体动力输送装置的结构示意图。
图2为采用本发明方法计算得到的中等规模装置型谱图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明进行进一步说明：如图2所示，流体动力输送装置的一种应用形式的型谱图，其系统简图可由图1表示。表1为采用本发明方法计算得到的中等规模装置型谱图中型号对应的详细设计参数。
在如图2的型谱图中，H-Q坐标系下的每个点确定一组流量扬程工况，选择该点附近的曲线所代表的流体动力输送装置，根据图2中装置型号在表1中查询对应的装置，应用表中详细设计参数设计并安装流体动力输送装置，在正常运行的情况下，装置可达到与预先选择的工况相近的流量及扬程，并有较高的效率。
表1中等规模装置型谱图型号参数表

Claims (3)

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。
2.如权利要求1所述的设计方法，其特征在于：所述步骤(2)中，高效区计算方法步骤如下：
(2.1)先将优化选型的适应度函数程序改为非迭代的计算程序，输入扬程H和步骤(1)得到的装置参数，输出平均流量Q和效率N；
(2.2)在步骤(2.1)中得到的扬程H附近范围，采用若干扬程H等距变化值，应用步骤(2.1)中计算程序试算，得到相应满足优化程序的若干平均流量Q，按照对应的平均流量Q和扬程H绘制高效区。
3.如权利要求1或2所述设计方法计算得到的型谱图，其特征在于：用于根据输送流量、扬程和装置规模进行选型。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN112380636B (zh) * 2020-10-14 2024-03-01 中广核研究院有限公司 非能动混氢尾气安全回收装置结构尺寸设计方法及系统

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100836610B1 (ko) * 2007-06-20 2008-06-10 한양대학교 산학협력단 유전알고리즘을 이용한 촉매변환장치의 최적 설계 방법
JP2010009595A (ja) * 2008-06-24 2010-01-14 Livermore Software Technology Corp 工学設計最適化において遺伝的アルゴリズム（ｇａ）を用いるサンプリングストラテジー
CN103246763A (zh) * 2013-04-15 2013-08-14 华南理工大学 一种固-液水力旋流器的优化设计方法
CN104112040A (zh) * 2014-06-26 2014-10-22 中国人民解放军海军工程大学 高效和大功率密度船用喷水推进泵水力模型的设计方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100836610B1 (ko) * 2007-06-20 2008-06-10 한양대학교 산학협력단 유전알고리즘을 이용한 촉매변환장치의 최적 설계 방법
JP2010009595A (ja) * 2008-06-24 2010-01-14 Livermore Software Technology Corp 工学設計最適化において遺伝的アルゴリズム（ｇａ）を用いるサンプリングストラテジー
CN103246763A (zh) * 2013-04-15 2013-08-14 华南理工大学 一种固-液水力旋流器的优化设计方法
CN104112040A (zh) * 2014-06-26 2014-10-22 中国人民解放军海军工程大学 高效和大功率密度船用喷水推进泵水力模型的设计方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"水泵选型及样本制作系统";万进舟;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅱ辑》;20130315;参见第3章水泵选型-第5章 *
Optimization design of RFD set based on genetic algorithm;Jiangyun Li,etc.;《Isfmfe-international Symposium on Fluid Machinery & Fluid Engineering》;20141022;正文全文以及附图1-2 *

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