一种基于NSGA-Ⅱ算法的喷射器结构优化方法技术

一种基于NSGA

【技术实现步骤摘要】
一种基于NSGA
‑Ⅱ
算法的喷射器结构优化方法


[0001]本专利技术涉及到喷射器结构设计过程中，对结构优化处理方法


技术介绍

[0002]喷射器喷嘴是一种常见的流体控制装置，广泛应用于化工、石油、食品等领域。其结构的优化可以提高其喷射质量和效率，降低能耗和污染物排放。传统的喷嘴结构优化方法主要基于经验和试错，耗时耗力且效果不佳。
[0003]喷射器的低性能系数成为其广泛渗透到市场的瓶颈问题，并且当运行条件偏离喷射器及系统设计工况时，其性能降低更为严重。喷射器作为聚丙烯生产装置系统的核心部件，它的性能将直接影响聚丙烯装置的生产效率。目前在喷射器设计阶段，未考虑不同运行工况下喷射器性能的变化规律，设计出的喷射器存在性能不理想。因此，深入研究喷射器性能，提高喷射器的效率，具有很大的意义，因此为了取得更好的综合经济效益，必须进一步深化对其各方面性能的研究。

技术实现思路

[0004]综上所述，本专利技术的目的在于解决现有设计方法获得的喷射器喷射性能的技术不足，而提出一种基于NSGA
‑Ⅱ
算法的喷射器结构优化方法。
[0005]为解决本专利技术所提出技术问题，采用的技术方案包括有：
[0006]一种基于NSGA
‑Ⅱ
算法的喷射器结构优化方法，其特征在于所述喷射器结构优化方法包括如下步骤：
[0007](1)、采用计算机辅助工程软件中Design Modeler模块建立喷射器流体计算域的三维仿真模型；设定的参数至少包括：喷射器几何形状、几何尺寸、进出口几何形状、几何尺寸、喷射区喉部进口尺寸、混合区出口尺寸；
[0008](2)、将步骤(1)建立的喷射器流体计算域的三维仿真模型分别传递到网格划分Mesh模块中，在Mesh模块中采用Multizone方式对三维仿真模型进行网格划分，对靠近喷射器内腔壁面处进行网格加密，同时保证整体结构的网格质量大于0.5，定义三维仿真模型进出口与壁面边界名称；
[0009](3)、将步骤(2)中网格划分好的喷射器流体计算域的三维仿真模型传递到计算机辅助工程软件的计算模块进行设置，在Domain选项中设置传热模型与湍流模型，Buoyancy Model中设定Gravity Y Dirn为9.81m2/s，计算介质Material设定为丙烯气和烯烃气体，在Boundary Details选项中设置进出口压力值，壁面条件；
[0010](4)、在计算机辅助工程软件的计算模块中设置检测点和检测面，并进行仿真运算得到仿真结果，以此作为设计喷射器结构的指标；将结构参数转化为决策变量，建立多目标优化问题。采用NSGA
‑
II算法对多目标优化问题进行求解，得到一系列Pareto最优解集，通过对Pareto最优解集进行分析和比较，选取最佳的喷嘴结构。
[0011](5)、在相同设置条件下，通过将三维仿真模型设置不同参数并重复步骤(1)
‑
(4)，
以进行多次模拟计算，由喷射器的喷射系数、检测面的压力云图、检测面的速度云图作为评价喷射器效果的指标，以此确定最优的喷射器结构参数；
[0012](6)、根据步骤(5)中的结果，采用NSGA
‑Ⅱ
优化算法对喷射器关键结构参数设计，将优化后的结果重复步骤所述步骤(1)
‑
(5)，以此确定最优的几何参数。
[0013]作为对本专利技术技术方案作进一步限定的特征包括有：
[0014]所述的步骤(3)中，对在计算模块进行设置的过程如下：
[0015](3.1)、在New Material选项中定义烯烃气的物质属性；物质属性包含密度、黏度、导热系数和比热容；
[0016](3.2)、在Buoyancy选项中，将y方向Gravity Y Dirn根据要求设定为预设值，Analysis type选项设置为Transient瞬态计算；
[0017](3.3)、将Fluid Models选项中的Heat Transfer设置为Thermal Energy，Turbulence选项中选取k
‑
epsilon模型；
[0018](3.4)在Material Library选项部分选择烯烃气体和丙烯气；
[0019](3.5)、在Fluid and particle Definitions选项中将Fluid1部分设为烯烃气体，Fluid2部分设为丙烯气；
[0020](3.6)、在Boundary选项中设置入口边界条件为Pressure Inlet，并将Heat Transfer选项根据实际要求设置为预设值，设置出口边界条件为Average Static Pressure，将每个计算域设置为Interface进行数据交换，对流换热系数根据实际要求设置为预设值，其他壁面设置为绝热光滑壁面；
[0021](3.7)、选择Define Run后进行计算。
[0022]步骤(4)中，在计算模块里设置的检测点为选择喷射器内三维仿真模型的中心点，在计算模块里设置的检测面为过中心点的X方向平面。
[0023]再一步地，步骤(4)中进行仿真运算得到仿真结果包括：喷射器的喷射系数、检测面的压力云图，检测面的速度云图和检测面的温度云图。
[0024]步骤(6)中的结果，采用NSGA
‑Ⅱ
优化算法对喷射器关键结构参数设计，包括如下步骤：
[0025]6.1将喷嘴喉部直径d1，等面积混合室直径d
n
，等面积混合室长度L
n
，扩压室长度L
p
，喷嘴出口的位置NXP作为设计变量，分别记为x1，x2，x3，x4，x5，以喷射系数μ为设计指标，以d1，d
n
，L
n
，L
p
和NXP为蒸汽喷射器待优化结构参数，喷射系数μ为优化目标，回归方程为目标函数，将每个结构参数的优化范围作为目标函数的约束条件，对蒸汽喷射器进行结构参数优化设计；其中，d1的优化范围为[6.2,7.4]mm,d
n
的优化范围为[12.8,15.2]mm，L
n
的优化范围为[42,126]mm，L
p
的优化范围为[70,154]mm,NXP的优化范围为[
‑
4,20]mm；
[0026]6.2编码生成：决策参数采用二进制编码，一条染色体中包含决策参数的所有排列组合信息；每个染色体就代表一种决策方案；
[0027]6.3种群初始化和适应度的计算，按照上述的编码规则，生成初始种群确定适应度函数；在染色体上对所有决策参数进行方案分配，根据计算出的压力降和喷射系数两个目标函数对新生成的种群进行快速非支配排序，多次迭代后，获得Pareto最优解；
[0028]6.4拥挤度比较和精英策略实现，通过快排和拥挤度计算赋予个体属性；
[0029]6.5选择操本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于NSGA
‑Ⅱ
算法的喷射器结构优化方法，其特征在于所述喷射器结构优化方法包括如下步骤：(1)、采用计算机辅助工程软件中Design Modeler模块建立喷射器流体计算域的三维仿真模型；设定的参数至少包括：喷射器几何形状、几何尺寸、进出口几何形状、几何尺寸、喷射区喉部进口尺寸、混合区出口尺寸；(2)、将步骤(1)建立的喷射器流体计算域的三维仿真模型分别传递到网格划分Mesh模块中，在Mesh模块中采用Multizone方式对三维仿真模型进行网格划分，对靠近喷射器内腔壁面处进行网格加密，同时保证整体结构的网格质量大于0.5，定义三维仿真模型进出口与壁面边界名称；(3)、将步骤(2)中网格划分好的喷射器流体计算域的三维仿真模型传递到计算机辅助工程软件的计算模块，并在计算模块进行设置，在Domain选项中设置传热模型与湍流模型，Buoyancy Model中设定Gravity Y Dirn为9.81m2/s，计算介质Material设定为丙烯气和烯烃气体，在Boundary Details选项中设置进出口压力值，壁面条件；(4)、在计算机辅助工程软件中的计算模块里设置检测面，并进行仿真运算得到仿真结果，以此作为设计喷射器结构的指标；(5)、在相同设置条件下，通过将三维仿真模型设置不同参数并重复步骤(1)
‑
(4)，以进行多次模拟计算，以喷射器的喷射系数、检测面的压力云图、检测面的速度云图作为评价喷射器效果的指标，以此确定最优的喷射器结构参数；(6)、根据步骤(6)中的结果，采用NSGA
‑Ⅱ
优化算法对喷射器关键结构参数设计，包括如下步骤：6.1将喷嘴喉部直径d1，等面积混合室直径d
n
，等面积混合室长度L
n
，扩压室长度L
p
，喷嘴出口的位置NXP作为设计变量，分别记为x1，x2，x3，x4，x5，以喷射系数μ为设计指标，以d1，d
n
，L
n
，L
p
和NXP为蒸汽喷射器待优化结构参数，喷射系数μ为优化目标，回归方程为目标函数，将每个结构参数的优化范围作为目标函数的约束条件，对蒸汽喷射器进行结构参数优化设计；其中，d1的优化范围为[6.2,7.4]mm,d
n
的优化范围为[12.8,15.2]mm，L
n
的优化范围为[42,126]mm，L
p
的优化范围为[70,154]mm,NXP的优化范围为[
‑
4,20]mm；6.2编码生成：决策参数采用二...

【专利技术属性】
技术研发人员：张毅鹏，张晓阳，王建刚，司欢欢，马建强，王政文，
申请(专利权)人：天华院南京智能制造有限公司，
类型：发明
国别省市：