一种航空液冷电子装备用滤芯的最优化设计方法技术

本发明专利技术公开了一种航空液冷电子装备用滤芯的最优化设计方法，包括以下步骤：步骤1、通过染色体结构生成初始群体；步骤2、计算滤芯折褶角度数；步骤3、计算滤芯滤速和滤芯总质量，判断滤芯滤速和滤芯总质量是否满足滤芯滤速约束和滤芯总质量约束；步骤4、根据Darcy定律计算滤芯流阻，判断滤芯流阻是否满足滤芯流阻约束；步骤5、计算滤芯寿命函数；步骤6、选取当代种群中寿命函数最高的染色体，该染色体中的滤芯外径、滤芯折褶波数、滤芯折褶高度、滤芯过滤面高度、滤芯过滤面厚度即为最佳配置，完成滤芯的最优化设计。本发明专利技术可以直接给出寿命最高的滤芯结构参数配置。高的滤芯结构参数配置。高的滤芯结构参数配置。

【技术实现步骤摘要】
一种航空液冷电子装备用滤芯的最优化设计方法


[0001]本专利技术涉及航空液冷电子装备
，具体涉及一种航空液冷电子装备用滤芯的最优化设计方法。

技术介绍

[0002]随着综合航空电子系统集成度和热流密度的持续提升，液冷已成为航空电子装备应用最为广泛的冷却方式之一。航空液冷电子装备在服役过程中，会由于流道内部和外部因素在冷却介质中产生一定量的杂质，当冷却介质的污染度等级超过流体连接器的污染度耐受等级时，则会发生如图3所示的渗液、漏液等现象，严重时甚至会导致电路烧毁、设备瘫痪等灾难性事件，严重威胁航空液冷电子装备的可靠性和安全性。
[0003]滤芯的安装有效解决和预防了上述航空液冷电子装备因污染杂质而导致的渗液、漏液等问题。对于航空液冷电子装备用滤芯而言，除了满足过滤精度和环境适应性要求外，最优的滤芯往往还需在满足航空平台特有的紧张的体积、重量和流阻要求时，具有最高的使用寿命。然而，滤芯在设计过程中，由于缺乏有效的设计手段，往往会花费大量的时间进行“调整—仿真”的迭代，以满足体积、重量和流阻等要求，且未必能达到寿命最优的效果，在很大程度上限制了航空液冷电子装备用滤芯的设计效率和装备的维护周期。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供的一种航空液冷电子装备用滤芯的最优化设计方法解决了航空液冷电子装备用滤芯的设计效率和使用寿命不高的问题。
[0005]为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：一种航空液冷电子装备用滤芯的最优化设计方法，包括以下步骤：
[0006]步骤1、通过染色体结构生成初始种群，种群中每个染色体由合适的滤芯外径、折褶波数、折褶高度、过滤面高度、过滤面厚度5个待优化参数组成；
[0007]步骤2、对当前种群中的每一个染色体，根据其滤芯外径、折褶波数和折褶高度，计算滤芯折褶角度数；
[0008]步骤3、对当前种群中的每一个染色体，根据其滤芯过滤面高度和过滤面厚度，通过得出的滤芯折褶角度数计算滤芯滤速和滤芯总质量，判断滤芯滤速和滤芯总质量是否满足滤芯滤速约束和滤芯总质量约束，若满足约束，则进入步骤4，若不满足约束，则通过更改待优化参数重构当前染色体，使其满足约束，并返回步骤2；
[0009]步骤4、对当前种群中的每一个染色体，根据其滤芯折褶角度数、滤芯过滤面厚度、滤芯折褶高度，根据Darcy定律计算滤芯流阻，判断滤芯流阻是否满足滤芯流阻约束，若满足约束，则进入步骤5，若不满足约束，则通过更改待优化参数重构当前染色体，使其满足约束，并返回步骤2；
[0010]步骤5、对当前种群中的每一个染色体，根据其滤芯折褶波数、滤芯过滤面高度、滤芯过滤面厚度、滤芯折褶高度、滤芯折褶角度数，计算滤芯寿命函数。
[0011]步骤6、待当代种群中的每一个染色体的寿命函数计算完毕后，判断是否已达到迭代中止条件，若未达到迭代中止条件，则通过选择、交叉、变异操作生成下一代的种群回到步骤2，若已达到迭代中止条件，则选取当代种群中寿命函数最高的染色体，该染色体中的滤芯外径、滤芯折褶波数、滤芯折褶高度、滤芯过滤面高度、滤芯过滤面厚度即为最佳配置，完成滤芯的最优化设计。
[0012]进一步地：所述步骤2中滤芯折褶角度数的计算公式为：
[0013][0014]上式中，θ为滤芯折褶角度数，N为滤芯折褶波数，D为滤芯外径，h为滤芯折褶高度。
[0015]进一步地：所述步骤3中滤芯滤速的计算公式为：
[0016][0017]上式中，v
d
为滤芯滤速，Q
d
为冷却液流量，H为滤芯过滤面高度。
[0018]进一步地：所述步骤3中滤芯总质量的计算公式为：
[0019][0020]M
f
＝ρ
f
·
π
·
H
·
L
f
·
(D
‑2·
h
‑2·
L)
[0021]上式中，M为滤芯总质量，M
s
为滤芯过滤面质量，M
f
为滤芯金属支撑骨架质量，L为滤芯过滤面厚度，ρ为滤芯过滤面材质密度，ρ
f
为滤芯金属支撑骨架材质的密度，L
f
为金属支撑骨架材质的厚度。
[0022]进一步地：所述滤芯滤速约束和滤芯总质量约束为：
[0023]v
d
≤v0[0024]M≤M0[0025]上式中，v0为滤芯容许的最大滤速，M0为滤芯的最大容许质量。
[0026]进一步地：所述步骤4中根据Darcy定律计算滤芯流阻具体为：
[0027]步骤41、计算由过滤面引起的压力损失；
[0028]步骤42、计算由折褶结构引起的压力损失；
[0029]步骤43、将过滤面引起的压力损失与由折褶结构引起的压力损失相加得到滤芯流阻ΔP。
[0030]进一步地：所述步骤41中由过滤面引起的压力损失的计算公式为：
[0031][0032]上式中，ΔP
m
为由过滤面引起的压力损失，ρ
l
为冷却液的流体密度，A
h
为滤网通孔面积，ξ为阻力系数；
[0033]其中，阻力系数ξ的计算公式为：
[0034][0035][0036]上式中，A为滤芯的过滤面积，Re为雷诺数，η为受雷诺数影响的修正系数，μ为冷却液的运动粘度，d
f
为滤芯纤维直径，v为冷却液的流速。
[0037]进一步地：所述步骤42中由折褶结构引起的压力损失的计算公式为：
[0038]ΔP
g
＝|ΔP
g
′
|
·
ρ
l
·
v2[0039]上式中，ΔP
g
为由折褶结构引起的压力损失，ΔP
g
′
为计算由折褶结构引起压力损失的中间变量；
[0040]其中，中间变量ΔP
g
′
的计算公式为：
[0041][0042]进一步地：所述滤芯流阻约束为：
[0043]ΔP≤ΔP0[0044]上式中，ΔP0为滤芯的最大容许流阻。
[0045]进一步地：所述步骤5中所述滤芯寿命函数为：
[0046][0047]上式中，T为滤芯寿命，N为滤芯折褶波数，H为滤芯过滤面高度，L为滤芯过滤面厚度，h为滤芯折褶高度，θ为滤芯折褶角度数。
[0048]本专利技术的有益效果为：本专利技术在给定过滤精度、系统流量、滤芯安装空间、滤芯许用质量、以及许用流阻等滤芯设计通用约束条件后，可以直接给出寿命最高的滤芯结构参数配置，其配置包括滤芯外径、滤芯折褶波数、滤芯折褶高度、滤芯过滤面厚度以及滤芯过滤面高度等完全定义滤芯结构的5个参数。方法简单且可直接应用于工程实践中，克服了传统“一案一算”的个案局限性，具有较强的通用性和实用性，取代传统“调整—仿本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种航空液冷电子装备用滤芯的最优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、通过染色体结构生成初始种群，初始种群中每个染色体由合适的滤芯外径、折褶波数、折褶高度、过滤面高度、过滤面厚度5个待优化参数组成；步骤2、对当前种群中的每一个染色体，根据其滤芯外径、折褶波数和折褶高度，计算滤芯折褶角度数；步骤3、对当前种群中的每一个染色体，根据其滤芯过滤面高度和过滤面厚度，通过得出的滤芯折褶角度数计算滤芯滤速和滤芯总质量，判断滤芯滤速和滤芯总质量是否满足滤芯滤速约束和滤芯总质量约束，若满足约束，则进入步骤4，若不满足约束，则通过更改待优化参数重构当前染色体，使其满足约束，并返回步骤2；步骤4、对当前种群中的每一个染色体，根据其滤芯折褶角度数、滤芯过滤面厚度、滤芯折褶高度，根据Darcy定律计算滤芯流阻，判断滤芯流阻是否满足滤芯流阻约束，若满足约束，则进入步骤5，若不满足约束，则通过更改待优化参数重构当前染色体，使其满足约束，并返回步骤2；步骤5、对当前种群中的每一个染色体，根据其滤芯折褶波数、滤芯过滤面高度、滤芯过滤面厚度、滤芯折褶高度、滤芯折褶角度数，计算滤芯寿命函数；步骤6、待当代种群中的每一个染色体的寿命函数计算完毕后，判断是否已达到迭代中止条件，若未达到迭代中止条件，则通过选择、交叉、变异操作生成下一代的种群回到步骤2，若已达到迭代中止条件，则选取当代种群中寿命函数最高的染色体，该染色体中的滤芯外径、滤芯折褶波数、滤芯折褶高度、滤芯过滤面高度、滤芯过滤面厚度即为最佳配置，完成滤芯的最优化设计。2.根据权利要求1所述的航空液冷电子装备用滤芯的最优化设计方法，其特征在于，所述步骤2中滤芯折褶角度数的计算公式为：上式中，θ为滤芯折褶角度数，N为滤芯折褶波数，D为滤芯外径，h为滤芯折褶高度。3.根据权利要求2所述的航空液冷电子装备用滤芯的最优化设计方法，其特征在于，所述步骤3中滤芯滤速的计算公式为：上式中，v
d
为滤芯滤速，Q
d
为冷却液流量，H为滤芯过滤面高度。4.根据权利要求3所述的航空液冷电子装备用滤芯的最优化设计方法，其特征在于，所述步骤3中滤芯总质量的计算公式为：M＝M
s
+M
f
M
f
＝ρ
f
·
π
·
H
·
L
f
·
(D
‑2·
h
‑2·
L)上式中，M为滤芯总...

【专利技术属性】
技术研发人员：伍功宇，汤曹勇，张骞，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第十研究所，
类型：发明
国别省市：