基于CFD的离心泵叶轮水力性能优化

离心泵已广泛应用于工农业生产生活中,因此其效率的提升对于满足实际需要和节约能源有着非常重要的意义。为了解决某型号离心泵叶轮出口部位的少量紊流,为该离心泵叶轮添加了5个短叶片,以求减少紊流、改善叶轮出流状况、保护固定导叶,并达到进一步提升效率的目的。将添加短叶片前后的离心泵基于SST模型进行流场模拟,并绘制出Q-η曲线进行比较,然后将设计工况下添加短叶片前后的压力云图、速度流线图与实际试验数据进行比较分析。结果发现,在添加短叶片后,叶轮出口部位的紊流明显减小,液流更加均匀,效率也得到了一定程度的提升。试验结果可为该型号离心泵的优化和效率的进一步提升提供一种新的思路和理论参考。     

基于流固耦合及Kriging模型的离心泵叶轮优化

为提高离心泵叶轮的水力效率及结构性能,提出了流固耦合仿真技术与代理模型相结合的优化设计方法。通过均匀试验设计与CFD/CSD单向耦合仿真获得了样本数据,进而运用Kriging方法,分别建立离心泵叶轮效率、离心泵叶轮最大变形、离心泵叶轮最大应力与影响因素之间的代理模型。在此基础上,采用SQP算法求解以水力效率最大为目标函数,且考虑了离心泵叶轮的强度和刚度约束的优化模型。将该方法用于某离心泵叶轮的优化设计,结果表明取得了很好的效果。     

基于反问题设计的离心泵叶轮泥沙磨损特性优化研究

离心泵被广泛应用于我国黄河沿岸的提灌泵站中。黄河水中的泥沙对离心泵造成的泥沙磨损问题严重影响离心泵的安全高效运行。反问题设计是离心泵叶轮优化设计的常用方法,但作为其关键设计参数的叶片载荷加载方式对离心泵磨损性能的影响尚不清楚。针对叶片载荷加载方式对离心泵叶轮泥沙磨损特性影响的问题,采用固液两相流数值计算的方法,研究了前盖板前加载后盖板后加载、前后盖板均偏中加载以及前后盖板均偏后加载3种不同叶片载荷加载方式对离心泵水力性能、叶轮磨损特性和固液两相流流场特性的影响。结果表明：相比于其它方案,前后盖板均偏中加载方案得到的离心泵具有较优的水力性能。在各工况下,相比于原叶轮,前后盖板均偏中加载方案的叶片最大磨损率减小25%~73%,小流量工况下可减小73%,大流量工况下可减小25%,明显提高了叶片的磨损性能。相比于原叶轮,3种优化方案在前盖板背面流线上的压力分布更均匀光顺;在小流量工况下,前后盖板均偏中加载方案和前后盖板均偏后加载方案叶片表面的固相体积分数较小,各种方案得到的叶片表面的速度分布基本相同;在额定流量工况下,原叶轮的叶片表面体积分数较小,前后盖板均偏中加载方案和前后盖板均偏后加载方案的叶片工作面固相速度大的区域相对较小,固相速度也有所减小。因此,前后盖板均偏中加载方案具有较优的水力性能和磨损特性,可为离心泵叶轮磨损特性的优化提供参考。     

基于遗传算法的堤坝反压优化设计

堤坝反压设计采用试算法或图解法时,存在试算工作量巨大或图表繁杂等局限,精度受限。针对上述局限性,尝试采用具有高度并行、随机、自适应搜索的遗传算法建立堤坝反压优化设计模型。该方法和模型参数不发生直接联系,其求解过程中控制一个解群,从而大大提高了搜索效率,并且可以避免陷入局部极值。实例分析表明 ,该模型精度较高,为堤坝反压优化设计提出了一种全新算法。     

基于模拟退火遗传算法的自压树状管网优化

将遗传算法全局优化和模拟退火的良好局部搜索能力有机结合,构造出一种退火遗传算法用于自压树状管网的优化设计方法。假定管网中每一管段最多只能由两种管径的管道组成,建立了以管网造价为目标函数,以管长、标准管径为决策变量的自压树状管网优化数学模型。采用基于不可行度的退火算法处理约束条件,应用遗传算法进行优化计算。仿真实例结果表明,该模型与算法在求解自压树状管网优化问题上,具有良好的优化性能和求解效率。     

基于遗传算法与NM理论的船型优化

阻力性能的优化一直是船舶设计工作的重要环节,它将直接决定船舶的经济性和适用性。该文利用基于Neumann-Michell(NM)势流理论自主开发的船舶兴波阻力计算求解器NMShip-SJTU和遗传算法(genetic algorithm,GA),对标准船型Series 60进行船型优化分析。利用平移法(Shifting Method)与径向基函数法(radial basis function method,RBF)修改船体曲面,开发了一套包含优化算法、船型变换模块在内的全自动船型优化程序(OPTShip-SJTU),并应用。高航速(Fr=0.30)下的Series 60船型的优化,得到能使兴波阻力有效减小的优化船型。     

基于改进病毒进化遗传算法的渡槽维修计划优化

为提高渡槽在剩余寿命周期内维护管理的科学性和经济性,以渡槽剩余寿命周期维护管理成本最低为目标函数,建立了维修计划优化模型,并采用改进病毒进化遗传算法求解。针对复杂环境下渡槽各构件的劣化速度和维修加固效果的不确定性特点,在优化求解算法中计入遗传个体的年龄(个体连续被选入下一代的次数),即认为个体年龄越高,其适应性越强,作为最优解的鲁棒性越好。实例计算结果表明:改进病毒进化遗传算法具有可行性、经济性、高效性和鲁棒性,取得了比较好的优化效果。     

偏微分方程网格生成技术在水泵叶轮设计中的应用

应用偏微分数值网格生成技术，提出了一种水泵叶轮设计的新方法，该方法可以准确地确定轴面流道和流线，较好的解决了水泵计算机辅助设计的关键问题之一。     

基于遗传算法的平面叶栅多目标优化设计

本文提出了一个基于小生境遗传算法的平面叶栅多目标优化设计方法。该方法利用奇点分布法设计无厚翼型初始骨线，在最大厚度一定的条件下，采用NACA—0012型空气动力翼型的厚度分布规律对已知骨线进行加厚得到翼型，从而得到平面叶栅。然后以平面叶栅表面边界层中的流动损失最小和翼型气蚀系数最低为多目标，用距离法构造二者统一的目标函数，利用遗传算法来搜索最佳的骨线形状。已知叶栅的流场分析由一个基于边界元的程序完成。假定总损失与叶栅表面边界层中的流动损失成正比，该损失可通过积分法计算叶栅边界层得到。将该方法应用于ZZ400叶栅的设计，结果显示可以得到较满意的解。     

基于遗传算法的串联梯级泵站扬程优化分配

为实现引江济淮工程(安徽段)江水北送段的高效运行,以引江济淮工程江水北送段输水系统为研究对象,采用基于遗传算法构建的梯级泵站扬程优化分配模型,开展串联梯级泵站扬程优化分配研究。分别对设计和非设计工况下江水北送段输水系统的运行方案进行分析计算。计算结果表明:设计工况下优化后分配方案总效率较设计现状方案提高2.86%,说明模型优化后的方案可进一步提高梯级泵站的输水效率,为实现串联泵站输水系统科学、合理调度提供很好的科学支撑。     

基于量子遗传算法的水轮机调速器PID参数优化

水轮机调速器PID的参数整定对水轮发电机组安全可靠运行具有重要作用,并直接影响电力系统向用户供电的质量及可靠性。为改善水轮发电机组的动态调节品质,利用量子遗传算法对水轮机调速器PID参数实施优化,并将量子遗传算法与传统遗传算法的计算结果进行了比较。仿真结果表明,量子遗传算法（QGA）不但提高了全局的搜寻能力,而且还避免了早熟收敛的问题,有效地解决了传统遗传算法中海明悬崖、计算精度等问题,为水轮机调速器PID参数优化研究提供了新的途径。     

基于遗传算法的空箱式挡土墙多目标优化设计

为高效、准确、自动化地实现空箱结构的优化设计,以空箱式挡土墙为研究对象,基于Python语言和ABAQUS软件进行参数化建模,实现了结构建模及有限元计算分析全套流程的自动化。结合某水闸工程中的一座空箱式挡土墙结构,以多个强度和稳定性指标的最优化和混凝土体积的最小化为目标,以规范要求的指标阈值、几何尺寸和体积限制为约束条件,采用非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ算法)进行空箱式挡土墙多目标优化设计。为进一步提高计算效率,基于人工神经网络算法建立了代理模型,实现了与实际有限元模型的高度近似。结果表明,依据所提出的优化设计方法进行空箱式挡土墙多目标优化设计,可以在有效控制强度和稳定性的前提下尽可能地缩减混凝土用量,具有显著的经济效益。     

基于试验遗传算法的水电站加劲压力埋管优化设计

水电站地下埋管的结构最优化设计是一个多维混合变量的非线性优化问题,采用常规优化方法求解有较大困难,为此提出基于试验优化设计思想的改进遗传算法———试验遗传算法。实例表明,由于该算法能自动调整计算精度,更好地保持种群多样性而易获得全局最优点,且计算简单、高效,对水利水电工程中常见的高维非线性优化问题适用性强,具有较高的推广应用价值。     

基于廊道约束的水库调度图优化遗传算法

为解决水库常规调度图制作经验性强、未考虑水量和水头的最佳协调问题,对常规调度图中的调度线进行进一步优化。通过编码、迭代和数学评价指标建立了调度图逐线寻优方法,以解决调度图优化中多线、多时段导致的高维问题;通过小可行域迭代计算,建立基于廊道约束的遗传算法,减少了调度图优化的工作量,缓解了调度线形态畸变问题。实例模拟表明,对于年保证率允许降低的电站,通过适当降低年保证率,可以提高多年平均发电量。     

双向叶轮直驱式海浪发电装置设计与优化

为了降低海洋能源发电装置的发电成本、提升发电效率,研制了一种新型的双向叶轮直驱式海浪发电装置。采用经验算法和Fluent软件分别对装置的发电机、叶片、双向轴流泵和导流罩进行了设计优化。通过对安装20 W电机和200 W电机发电装置的水槽试验,分析了在不同工况和负载下,发电装置输出的直流电流值、直流电压值、发电功率以及获能效率。结果显示,波浪力能够直接驱动装置叶轮运转进行发电,不需经过中间环节转换,省去了二级发电损耗,在最低流速0.5 m/s的工况下装置能够自启动,而且水流的流向不影响装置的发电效率。从最终的获能效率可知,导流罩对于提升装置发电效率作用巨大。通过对此新型双向直驱式海浪发电装置的进一步研究表明,该发电装置尺寸及发电机功率是制约整个装置发电效率的关键,为下一步研制大型样机以及进行海试提供了依据。     

基于遗传算法的电力企业仓库货位分配优化

为提高电力企业仓库货物出入库的周转率和运行效率,降低作业过程中资源的浪费.建立以货物的出入库效率、货架的稳定性、货物之间的相关性为目标的多目标优化数学模型,对货位分配进行优化研究.采用基于多目标遗传算法求解最优方法,通过优化遗传算法,解决货位分配问题,并通过MATLAB对实际仓库货位分配仿真进行计算求解.计算结果表明:...     

基于CFD模型的雨水泵站进水流道水力性能优化设计

雨水泵站具有投资高、流量大、流态复杂等特征,不合理的尺寸布置不仅影响水泵性能的有效发挥,同时会造成泵站建设成本增加.本文以实际的雨水泵站设计工程为研究对象,构建泵站的几何模型,基于计算流体力学技术(CFD),对原设计的雨水泵站进水流态进行数值模拟,分析其流场状态,并提出相对应的改进措施方案,对原设计泵站内不良水力现象进行优化.通过对比优化前后泵站内进水流态,使水泵性能得到最有效的发挥.     

低比转速高效贯流泵模型优化设计与试验研究

为深入研究后置灯泡贯流泵装置的性能,采用CFD数值模拟技术,对贯流泵叶轮和导叶体进行了优化设计,对叶片翼型、个数、厚度,导叶片的数量,距转轮出口距离对水泵性能的影响等进行了分析,且在分析过程中突破了传统贯流泵的运行范围,从而得到了低比转速高效贯流泵的水力模型。该模型的设计流量为0. 344 m~3/s,扬程为8. 22 m,比转速为630,装置效率最高为83. 45%。对得到的水力模型进行了模型试验验证,验证结果表明,数值模拟和模型试验性能曲线的变化规律一致,两者结果较为吻合。研究成果可为今后低比转速高扬程贯流式泵站工程的规划设计提供选型参考。     

基于整数编码遗传算法的树状灌溉管网优化设计方法

针对树状管网布置中较多依赖设计人员经验的特点,提出了一种基于整数编码遗传算法的树状管网两级优化方法.第一级优化是根据树状管网单点供水的原则,建立了融合工程设计经验的树状管网优化布置整数编码遗传算法模型,克服了传统二进制编码方法易产生不可行解的问题,可快速寻找出一组符合工程实际情况的管网布置方案.第二级优化在确定管网布置方案组的基础上采用整数编码的遗传算法,以投资最小为目标,建立了管径优化模型与算法.编制了灌溉管网两级优化设计Matlab程序,进行了工程实例验证.与单亲遗传算法(SPGA)和管网布置经验设计方法进行了比较,表明本文提出的基于整数编码的管网优化设计方法可方便地将设计经验融合到优化计算过程中.能降低管网优化设汁的复杂性和求解难度,快速有效求解符合工程实际的管网优化方案.     

基于遗传算法的给水管网多工况优化设计

目前大多数基于遗传算法的给水管网优化设计在供水安全性和经济性方面都存在不足。本文针对这些不足,对优化设计的目标函数进行了改进,加入了流速约束,提出了流量已初分配的给水管网多工况的优化设计,并采用罚函数法予以实现。最后对青岛市出口加工区管网进行了优化求解,通过优化结果的对比,验证了该设计方法的实用性及其在供水安全性和经济性方面的优点。