专利名称：基于Optimus软件与Fluent软件相结合对蒸汽喷射液化装置优化的方法
技术领域：
本发明涉及食品及药品机械产品中使用的喷射液化器，具体是一种基于Optimus 软件与Fluent软件相结合对蒸汽喷射液化装置优化的方法。
背景技术：
蒸汽喷射液化装置是一种利用高压流体抽吸低压流体的装置，通过工作流体的射 流来实现能量的转化。它具有结构简单、没有运动部件、运行费用低廉、操作维修方便等优 点，并且对被抽介质无严格要求，对于有毒性、易燃易爆、腐蚀性强乃至可凝性气体等几乎 都适用，因此在国内外的能源动力、石油化工、冶金、轻工纺织、建筑、制冷、工业热工等领域 均得到了广泛应用。蒸汽喷射液化装置效率的提高，对许多工业领域的能源利用效率的影响是非常大 的。因此，对其机理和性能参数的研究，得到许多学者的关注。这其中，最大的一个难点就 在于蒸汽喷射液化装置内部流体的混合过程非常复杂，试验难以观察，对其混合机理并没 有完全充分的认识和研究。蒸汽喷射液化装置内复杂的流动过程，也使得对其理论分析的 精确度受到限制。传统的设计计算一般都是依据建立在一维分析基础上的半经验公式，对 蒸汽喷射液化装置内部流场的动态分析几乎无法实现，其结构参数的精准度难以保证，很 多情况是凭借经验估计出来的数值。通过对与蒸汽喷射液化装置研究相关文献的研究分析发现，在试验方面，尽管试 验技术已经有了飞速的发展，如激光测速技术、全息技术等均有改善，但是由于试验测量 蒸汽喷射液化装置内部流场的难度大，试验次数有限，尺寸和试验条件的改变困难大、周期 长，试验费用高等，使得现场试验研究难以开展，不能完全满足生产实际的需要。在理论方 面，尽管以一维理论为基础的蒸汽喷射液化装置设计、分析方法较为成熟，但一维分析理论 是基于静态流体的理论，无法适应蒸汽喷射液化装置内部流场随压力和温度动态变化的实 际工况。且由于蒸汽喷射液化装置是用于食品、药品和能源领域的机械产品，属交叉学科 研究，目前国内外对蒸汽喷射液化装置内部复杂流场的动态研究还很少，引入研究流体动 力学的Fluent软件和多学科设计优化(multidisciplinary design optimization，简称 MD0)技术相结合的方法是对蒸汽喷射液化装置这一产品进行动态仿真设计的一次创新。目前在蒸汽喷射液化装置设计实践中，追求最优化性能一直是广大学者不懈努 力的理想与目标。传统蒸汽喷射液化装置设计过程很难达到最优设计。多学科设计优化 (multidisciplinary design optimization，简称MD0)技术的出现使在蒸汽喷射液化装置 的设计中获得全局最优成为可能，其主要思想是在复杂系统整个设计过程中充分利用分布 式计算机网络技术来集成各学科的知识，按照面向设计的思想来集成各个学科的模型和分 析工具，通过有效的设计和优化策略组织和管理设计过程，充分利用各学科相互作用产生 的协调效应获得系统整体最优解。蒸汽喷射液化装置的优化设计对于研发高性能蒸汽喷射液化产品，缩短设计周期、降低研发费用都具有重要的理论意义和工程价值。对蒸汽喷射液化装置进行优化设计 的首要任务是详细掌握蒸汽喷射液化装置内部流体流动的动力学特性，以前这一工作只能 依靠物理模型试验才能得到，而采用试验方法对蒸汽喷射液化装置头内部流动仅限于对进 出口的流体特征量(压力、流量等)进行测量，对壁面的压力分布进行测量等等，对于装置 内部的流动情况，如流体在内部的流动形态、流速分布、压力分布、流动分离等，物理模型试 验的手段是无能为力的。而使用计算流体动力学——CFD方法，可以得到蒸汽喷射液化装 置内部流动特征量详细的分布，利用蒸汽喷射液化装置内部流动特征量对蒸汽喷射液化装 置头进行多学科设计优化是提高蒸汽喷射液化装置性能的可行方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种采用基于多学科设计优化软件Optimus 与计算流体动力学软件Fluent相结合的方法对蒸汽喷射液化装置进行优化设计，该技术 能够有效地研究设计变量对蒸汽喷射液化装置性能的影响，缩小优化问题规模，在提高滴 头性能的同时，为滴灌产品提供具有共性的、普遍指导意义的、可操作的优化设计技术。本发明为解决技术问题采用的技术方案是，一种基于Optimus软件与Fluent软件相结合对蒸汽喷射液化装置优化的方法，其 特征在于所述基于Fluent与Optimus多学科设计优化方法，滴灌滴头多学科设计优化喷 射液化装置的过程主要步骤如下(1)参数化建模利用Gambit软件的参数化建模功能把将要参与优化的蒸汽喷射 液化装置关键参数定义为模型参数，同时利用Gambit软件自动生成jou文件，其包含完整 的滴头参数化建模命令，把jou文件设置输出mesh文件，作为Fluent软件的输入文件；(2)求解对蒸汽喷射液化装置模型流场进行仿真，编写仿真代码，调入Gambit软 件，把状态参数和目标函数提取出来供优化处理器进行优化参数评价；(3)优化参数评价优化处理器根据本次循环提供的优化参数与上次循环提供的 优化参数作比较之后确定目标函数是否达到了最小，或者是达到最优，如果最优，完成迭 代，退出优化循环，否则进行下一步。所述关键参数为设计变量，状态参数为约束条件，目标函数为优化目标。所述优化参数指的是设计变量和目标函数。本发明具有的有益效果是该技术能够有效地研究设计喷射液化介质压力和温度 等参数变量对蒸汽喷射液化装置性能的影响，提高蒸汽喷射液化装置性能，节约能源，提高 产品功效，为各种压力的蒸汽喷射液化产品提供具有共性的、普遍指导意义的、可操作的优 化设计技术，同时优化后的新型高压蒸汽喷射液化器在喷射液化过程中能形成高强度的微 湍流，淀粉分散效果好，液化彻底，显著降低能耗，提高产品产出率。
图1是发明中基于Fluent与Optimus滴灌滴头优化设计流程示意图；图2是蒸汽喷射液化装置设计变量在Optimus软件中的设置示意图。
具体实施例方式为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结 合具体图示，进一步阐述本发明。如图1和图2所示，一种基于Optimus软件与Fluent软件相结合对蒸汽喷射液化 装置优化的方法，对滴灌滴头多学科设计优化的过程主要步骤如下参数化建模利用Gambit软件的参数化建模功能把将要参与优化的蒸汽喷射液 化装置关键参数(设计变量)定义为模型参数，同时利用Gambit软件自动生成jou文件， 其包含完整的滴头参数化建模命令，把jou文件设置输出mesh文件，作为Fluent软件的输 入文件； 求解对蒸汽喷射液化装置模型流场进行仿真，编写仿真代码，调入Gambit软件，把 状态参数(约束条件)和目标函数(优化目标)提取出来供优化处理器进行优化参数评价；优化参数评价优化处理器根据本次循环提供的优化参数(设计变量、目标函数) 与上次循环提供的优化参数作比较之后确定目标函数是否达到了最小，或者是达到最优， 如果最优，完成迭代，退出优化循环，否则进行下一步。将优化好的参数和控制系统连接，通过控制系统对整个蒸汽喷射液化装置进行操 作，优化后的新型高压蒸汽喷射液化器在喷射液化过程中能形成高强度的微湍流，淀粉分 散效果好，液化彻底，显著降低能耗，提高产品产出率。以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术 人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本 发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变 化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其 等效物界定。
权利要求
1.一种基于Optimus软件与Fluent软件相结合对蒸汽喷射液化装置优化的方法，其特 征在于所述基于Fluent与Optimus多学科设计优化方法，滴灌滴头多学科设计优化喷射 液化装置的过程主要步骤如下a.参数化建模利用Gambit软件的参数化建模功能把将要参与优化的蒸汽喷射液化 装置关键参数定义为模型参数，同时利用Gambit软件自动生成jou文件，其包含完整的滴 头参数化建模命令，把jou文件设置输出mesh文件，作为Fluent软件的输入文件；b.求解对蒸汽喷射液化装置模型流场进行仿真，编写仿真代码，调入Gambit软件，把 状态参数和目标函数提取出来供优化处理器进行优化参数评价；c.化参数评价优化处理器根据本次循环提供的优化参数与上次循环提供的优化参 数作比较之后确定目标函数是否达到了最小，或者是达到最优，如果最优，完成迭代，退出 优化循环，否则进行下一步。
2.根据权利要求1所述的基于Optimus软件与Fluent软件相结合对蒸汽喷射液化装 置优化的方法，其特征在于所述关键参数为设计变量，状态参数为约束条件，目标函数为 优化目标。
3.根据权利要求1所述的基于Optimus软件与Fluent软件相结合对蒸汽喷射液化装 置优化的方法，其特征在于所述优化参数指的是设计变量和目标函数。
全文摘要
一种基于Optimus软件与Fluent软件相结合对蒸汽喷射液化装置优化的方法，涉及食品及药品机械产品中使用的喷射液化器，对滴灌滴头多学科设计优化喷射液化装置的过程主要步骤如下a.参数化建模；b.求解；c.优化参数评价。有益效果是该技术能够有效地研究设计喷射液化介质压力和温度等参数变量对蒸汽喷射液化装置性能的影响，提高蒸汽喷射液化装置性能，节约能源，提高产品功效，为各种压力的蒸汽喷射液化产品提供具有共性的、普遍指导意义的、可操作的优化设计技术。
文档编号G05B13/04GK102073273SQ20101017560
公开日2011年5月25日 申请日期2010年5月13日 优先权日2010年5月13日
发明者刘春景, 卢兴声, 王月英 申请人:安徽兴泉喷射液化装备有限责任公司, 蚌埠学院