一种双吸离心泵叶轮的水力优化方法以及装置的制造方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及双吸离心栗水力优化设计领域，具体地，涉及一种双吸离心栗叶轮的 水力优化方法以及装置。
【背景技术】
[0002] 现有的双吸离心栗叶轮的水力优化设计主要基于CFD(计算流体力学)技术，通过 采用CFD技术预测栗性能，并根据预测结果改进双吸离心栗叶轮的设计。严格来说，上述水 力优化设计过程是一种试算改进的过程，并不是严格意义上的数学寻优过程，其优化效果 依赖于对计算得到的流场的正确分析，而且还需要一定的经验判断。
[0003] 目前，与本发明最接近的现有技术是基于遗传算法等优化算法的离心栗水力优化 设计技术，所述技术为采用数值模拟、试验设计、近似模型和优化算法相结合的优化方法， 以叶轮的几何参数为设计变量，以双吸离心栗设计工况下的水力性能为优化目标，进行双 吸离心栗的水力优化设计。
[0004]在上述与本发明最接近的基于优化算法的离心栗水力优化设计技术中，叶轮形状 是通过几何参数进行参数化，而描述叶轮三维形状的几何参数数量巨大，从而使得这种优 化设计技术的计算量巨大。因此，在实际的应用中，往往只考虑很少的几个几何参数，其它 很多几何参数保持不变。除此之外，几何参数对双吸离心栗的水力性能的影响机理难以明 确，限制了这种技术的优化效果。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种双吸离心栗叶轮的水力优化方法以及装置。其中，所述 方法通过采用叶片环量梯度对叶轮形状进行参数化，相对于几何参数，叶片环量梯度对叶 轮水力性能有更加直接的影响，容易建立设计参数和水力性能参数之间的函数关系式，显 著减小优化计算代价，实现多目标的自动优化设计，提高优化设计效果。
[0006] 为了实现上述目的，本发明提供一种双吸离心栗叶轮的水力优化方法。所述方法 包括:建立所述叶轮的设计参数的样本空间，所述样本空间包括多组设计参数值;根据所述 样本空间中的每组设计参数值计算得到相应的叶轮轴面流线的叶片环量梯度;根据每组叶 片环量梯度获得所有设计参数与至少一个水力性能参数之间的函数关系式；以及采用多目 标遗传算法或自适应的模拟退火优化算法对所述函数关系式进行全局寻优计算，得到优化 的双吸离心栗叶轮的水力模型。
[0007] 其中，所述叶轮轴面流线包括轮毂处轴面流线、轮缘处轴面流线以及第一轴面流 线，其中，根据每组设计参数值利用叶片环量梯度沿轮毂处轴面流线和轮缘处轴面流线的 三段线式分布规律计算得到轮毂处轴面流线和轮缘处轴面流线的叶片环量梯度，且通过插 值法计算得到第一轴面流线的叶片环量梯度。
[0008] 其中，根据每组叶片环量梯度获得所有设计参数与至少一个水力性能参数之间的 函数关系式包括:根据每组叶片环量梯度利用基于势流理论的积分叶片型线微分方程计算 得到所述样本空间中每组设计参数值所对应的三维叶轮形状，建立双吸离心栗叶轮形状的 第一样本空间;根据所述第一样本空间中每种三维叶轮形状建立相应的三维湍流数值计算 模型;根据每种三维叶轮形状及与之对应的三维湍流数值计算模型计算得到所述至少一个 水力性能参数的值;以及将所述至少一个水力性能参数的值代入以下函数关系式：
[0010] 利用最小二乘法计算得到多项式系数，并利用回归平方和与总平方和的比值评价 所述函数关系式的有效性，从而获得有效的所有设计参数与至少一个水力性能参数之间的 函数关系式，其中，Y表示水力性能参数，X表示设计参数，α表示多项式系数，η表示设计参数 的个数，j表示优化目标的个数，i表示零和正整数，k表示零和正整数。
[0011] 其中，根据每种三维叶轮形状及与之对应的三维湍流数值计算模型计算得到所述 至少一个水力性能参数的值包括:根据每种三维叶轮形状以三维建模的方式建立相应的双 吸离心栗叶轮的三维流道图；以网格划分的方式对每种三维流道图进行网格划分，以完成 计算域网格的划分；以及根据所有划分的计算域网格利用流动计算技术计算得到所述至少 一个水力性能参数的值。
[0012] 其中，采用多目标遗传算法或自适应的模拟退火优化算法对所述函数关系式进行 全局寻优计算，得到优化的双吸离心栗叶轮的水力模型包括:采用多目标遗传算法或自适 应的模拟退火优化算法对所述函数关系式进行全局寻优计算，得到最优解集;根据具体的 设计性能要求从所述最优解集中选择一个最优解；以及利用三维湍流数值计算技术对所述 最优解进行校核，确定所述最优解是否为最优，若所述最优解为最优，则得到一组最优的设 计参数值，从而得到优化的双吸离心栗叶轮的水力模型，若所述最优解不为最优，则将所述 最优解加入所述样本空间中，并更新所述函数关系式，再进行全局寻优，直到获得的最优解 与利用三维湍流数值计算技术计算得到的结果一致，输出最终的最优解，得到优化的双吸 离心栗叶轮的水力模型。
[0013] 相应地，本发明还提供一种双吸离心栗叶轮的水力优化装置。所述装置包括:建立 单元，用于建立所述叶轮的设计参数的样本空间，所述样本空间包括多组设计参数值;计算 单元，用于根据所述样本空间中的每组设计参数值计算得到相应的叶轮轴面流线的叶片环 量梯度;获得单元，用于根据每组叶片环量梯度获得所有设计参数与至少一个水力性能参 数之间的函数关系式；以及寻优单元，用于采用多目标遗传算法或自适应的模拟退火优化 算法对所述函数关系式进行全局寻优计算，得到优化的双吸离心栗叶轮的水力模型。
[0014] 其中，所述叶轮轴面流线包括轮毂处轴面流线、轮缘处轴面流线以及第一轴面流 线，其中，所述计算单元用于根据每组设计参数值利用叶片环量梯度沿轮毂处轴面流线和 轮缘处轴面流线的三段线式分布规律计算得到轮毂处轴面流线和轮缘处轴面流线的叶片 环量梯度，且通过插值法计算得到第一轴面流线的叶片环量梯度。
[0015] 其中，所述获得单元，用于:根据每组叶片环量梯度利用基于势流理论的积分叶片 型线微分方程计算得到所述样本空间中每组设计参数值所对应的三维叶轮形状，建立双吸 离心栗叶轮形状的第一样本空间;根据所述第一样本空间中每种三维叶轮形状建立相应的 三维湍流数值计算模型;根据每种三维叶轮形状及与之对应的三维湍流数值计算模型计算 得到所述至少一个水力性能参数的值；以及将所述至少一个水力性能参数的值代入以下函 数关系式：
[0017] 利用最小二乘法计算得到多项式系数，并利用回归平方和与总平方和的比值评价 所述函数关系式的有效性，从而获得有效的所有设计参数与至少一个水力性能参数之间的 函数关系式，其中，Y表示水力性能参数，X表示设计参数，α表示多项式系数，η表示设计参数 的个数，j表示优化目标的个数，i表示零和正整数，k表示零和正整数。
[0018] 其中，所述获得单元，还用于:根据每种三维叶轮形状以三维建模的方式建立相应 的双吸离心栗叶轮的三维流道图；以网格划分的方式对所述三维流道图进行网格划分，以 完成计算域网格的划分；以及根据所有划分的计算域网格利用流动计算技术计算得到所述 至少一个水力性能参数的值。
[0019] 其中，所述寻优单元，用于:采用多目标遗传算法或自适应的模拟退火优化算法对 所述函数关系式进行全局寻优计算，得