【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及流体机械及工程领域，具体涉及一种水泵水轮机活动导叶翼型优化设计方法。
技术介绍
1、由于水泵水轮机流动结构和运行条件的复杂性，在运行过程中会出现“s”特性、驼峰等内流不稳定情况发生，影响着水泵水轮机工况效率及其运行稳定性。
2、如一种潮流能水轮机叶片翼型优化设计方法(申请号202011214513.4)，其优点在于该优化设计方法所设计翼型能够在粗糙工况下提升升阻比并降低空化的影响程度，极大的提高了潮流能水轮机的捕能效率与适用范围。
3、但是一个转速对应多个流量的非设计工况，因而机组在“s”特性区内的运行非常不稳定。当机组在“s”特性显著的工况下运行时会导致机组无叶区强烈的压力脉动，引起机组发生强烈震动。目前来说“s”特性问题可以通过布置预开导叶来改善。但是通过布置预开导叶的技术会造成导叶开启控制更为复杂化，甚至加剧了机组振动问题。可以看出机组的导叶情况会对水泵水轮机的机组性能产生不可忽视的影响。
技术实现思路
1、针对上述缺陷，本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种水泵水轮机活动导叶翼型优化设计方法，包括如下的步骤：
2、步骤1：利用非均匀b样条参数化原型活动导叶轮廓线，生成若干控制点，并验证控制点拟合曲线与原型轮廓线的精准度；
3、步骤2：利用拉丁超立方抽样的方法，在合理的范围内对控制点坐标进行抽样，生成样本空间；
4、步骤3：针对抽取的样本空间建立多组水泵水轮机三维水体模型，使用软件对多组模型进行数值模
5、步骤4：控制点为输入，目标函数为输出，建立目标函数的预测模型，利用算法对构造的模型进行全域寻优计算得出最优点以及控制点参数；
6、步骤5：使用数值模拟及其试验研究的方法验证预测数据的准确性。
7、在上述一种水泵水轮机活动导叶翼型优化设计方法的技术方案中，优选地，所述优化设计方法中具体步骤为：按照水泵水轮机导叶翼型svm-hdmr代理模型构建流程，首先将原型活动导叶的上下轮廓线数据提取出来，通过非均匀bezier曲线参数化活动导叶的叶片轮廓线，依据控制点处变量的取值区间，生成svm-hdmr代理模型的训练集，其次，综合运用isight、matlab、creo及fluent软件，按照svm-hdmr水泵水轮机导叶代理模型构建流程，构建基于水泵水轮机流场数值模拟，以效率为目标、以“s”特性作为限制点的水泵水轮机导叶代理模型适应函数。
8、在上述一种水泵水轮机活动导叶翼型优化设计方法的技术方案中，优选地，根据原翼型数据结合matlab软件的程序编程功能编写非均匀bezier样条曲线程序，将活动导叶的上下轮廓线用不均匀bezier样条曲线参数化，生成原型活动导叶的上下轮廓线的控制点及其的控制点线，导叶形状会随着控制点位置的变化而改变，具体控制点的数量根据bezier曲线所拟合图线与原型图线的匹配精度来确定；为了精确拟合导叶翼型的情况，最终确定12个控制点的坐标，但由于考虑到保证结构强度以及顶点定位的问题，需要选取最小的叶片厚度，中部与头尾位置均不设置为自变量。
9、在上述一种水泵水轮机活动导叶翼型优化设计方法的技术方案中，优选地，相邻的控制点线为代理模型函数的自变量x，优先考虑拉丁超立方抽样，即保证有效设计空间填充能力与拟合非线性相应，由于考虑到后期进行三位构建与网格的划分脚本工作的便捷进行，对坐标进行角度制变化选取样本，经过多水泵水轮机活动导叶模型算法学习在其优化区间进行全域寻优求解，发现翼型的主要变化集中在中端与尾端，下轮廓线变化极小。
10、在上述一种水泵水轮机活动导叶翼型优化设计方法的技术方案中，优选地，所述水泵水轮机导叶翼型svm-hdmr代理模型的构建流程如下：
11、根据hdmr理论，其任意系统的输出f(x)通过输入x＝[x1,x2,…,xn]t∈rn表示为：
12、
13、式子中f0为零阶函数项；fi(xi)为一阶函数项；fij(xi,xj)为二阶函数项；f1,2,…,n(x1,x2,…,xn)为n阶函数项。
14、在上述一种水泵水轮机活动导叶翼型优化设计方法的技术方案中，优选地，在公式中增加其切割中心点的求解方法，将f(x)的各项表示成含有的函数：
15、f0＝f(x0)
16、
17、
18、式中表示其中的点在i维是变化的量。
19、在上述一种水泵水轮机活动导叶翼型优化设计方法的技术方案中，优选地，根据svm理论，针对选取的模型训练集分别对的一阶、二阶函数项构造其线性回归函数：
20、
21、式中：w为超平面的法方向；b为超平面沿y轴的平移距离。当模型训练集为非线性关系时，须将训练集按映射到高维特征空间中，引入核函数k(xi,xj)＝(φ(xi)·φ(xj))然后对训练集进行线性回归工作；构建的水泵水轮机活动导叶优化的svm-hdmr代理模型表达式如下：
22、
23、在上述一种水泵水轮机活动导叶翼型优化设计方法的技术方案中，优选地，所述按照水泵水轮机导叶翼型svm-hdmr代理模型构建流程中具体有：在构建模型后选择模型的切割中心并生成训练空间，通过数据模拟计算出各训练点所对应的水泵水轮机运行工况效率值；
24、构建线性svm一阶函数项带入工况效率值后分析是否满足一阶函数项线性验证，在肯定结构后分析是否满足精度验证，若是否定结果则构建核函数的svm一阶函数项，直到得到肯定结果；而在在得到肯定结果后得到水泵水轮机svm-hdmr代理模型；
25、构建svm二阶函数项后带入工况效率值分析是否满足任意两变量耦合项存在判定，得到否定结果后输出水泵水轮机svm-hdmr代理模型；而在肯定结果后则构建核函数的svm二阶函数项并判断是否满足精度验证，直到得到满足精度验证的结果后输出水泵水轮机svm-hdmr代理模型。
26、由上述技术方案可知，本专利技术提供一种水泵水轮机活动导叶翼型优化设计方法与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
27、本专利技术中以活动导叶的轮廓线作为优化对象，水轮机、水泵的效率作为目标函数，以原型导叶下的“s”特性位置作为约束条件，利用svm-hdmr建立效率对叶片型线参数的适应函数；通过粒子群算法pso对适应函数寻优求解，并运用数值模拟和试验验证活动导叶翼型利用代理模型优化设计的有效与可行性。而且利用代理模型较好鲁棒性、精度高等特点并且通过结构相对简单的活动导叶翼型优化，提升机组效率并且改善“s”区域稳定性。模拟成本低，结果准确度高，具有较高的可靠性。
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1.一种水泵水轮机活动导叶翼型优化设计方法，其特征在于，包括如下的步骤：
2.根据权利要求1所述的一种水泵水轮机活动导叶翼型优化设计方法，其特征在于，所述优化设计方法中具体步骤为：按照水泵水轮机导叶翼型SVM-HDMR代理模型构建流程，首先将原型活动导叶的上下轮廓线数据提取出来，通过非均匀Bezier曲线参数化活动导叶的叶片轮廓线，依据控制点处变量的取值区间，生成SVM-HDMR代理模型的训练集，其次，综合运用Isight、Matlab、Creo及Fluent软件，按照SVM-HDMR水泵水轮机导叶代理模型构建流程，构建基于水泵水轮机流场数值模拟，以效率为目标、以“S”特性作为限制点的水泵水轮机导叶代理模型适应函数。
3.根据权利要求2所述的一种水泵水轮机活动导叶翼型优化设计方法，其特征在于，根据原翼型数据结合MATLAB软件的程序编程功能编写非均匀Bezier样条曲线程序，将活动导叶的上下轮廓线用不均匀Bezier样条曲线参数化，生成原型活动导叶的上下轮廓线的控制点及其的控制点线，导叶形状会随着控制点位置的变化而改变，具体控制点的数量根据Bezier曲线
4.根据权利要求3所述的一种水泵水轮机活动导叶翼型优化设计方法，其特征在于，相邻的控制点线为代理模型函数的自变量X，优先考虑拉丁超立方抽样，即保证有效设计空间填充能力与拟合非线性相应，由于考虑到后期进行三位构建与网格的划分脚本工作的便捷进行，对坐标进行角度制变化选取样本，经过多水泵水轮机活动导叶模型算法学习在其优化区间进行全域寻优求解，发现翼型的主要变化集中在中端与尾端，下轮廓线变化极小。
5.根据权利要求2所述的一种水泵水轮机活动导叶翼型优化设计方法，其特征在于，所述水泵水轮机导叶翼型SVM-HDMR代理模型的构建流程如下：
6.根据权利要求5所述的一种水泵水轮机活动导叶翼型优化设计方法，其特征在于，在公式中增加其切割中心点的求解方法，将f(x)的各项表示成含有的函数：
7.根据权利要求6所述的一种水泵水轮机活动导叶翼型优化设计方法，其特征在于，根据SVM理论，针对选取的模型训练集分别对的一阶、二阶函数项构造其线性回归函数：
8.根据权利要求2所述的一种水泵水轮机活动导叶翼型优化设计方法，其特征在于，所述按照水泵水轮机导叶翼型SVM-HDMR代理模型构建流程中具体有：在构建模型后选择模型的切割中心并生成训练空间，通过数据模拟计算出各训练点所对应的水泵水轮机运行工况效率值；
...【技术特征摘要】
1.一种水泵水轮机活动导叶翼型优化设计方法，其特征在于，包括如下的步骤：
2.根据权利要求1所述的一种水泵水轮机活动导叶翼型优化设计方法，其特征在于，所述优化设计方法中具体步骤为：按照水泵水轮机导叶翼型svm-hdmr代理模型构建流程，首先将原型活动导叶的上下轮廓线数据提取出来，通过非均匀bezier曲线参数化活动导叶的叶片轮廓线，依据控制点处变量的取值区间，生成svm-hdmr代理模型的训练集，其次，综合运用isight、matlab、creo及fluent软件，按照svm-hdmr水泵水轮机导叶代理模型构建流程，构建基于水泵水轮机流场数值模拟，以效率为目标、以“s”特性作为限制点的水泵水轮机导叶代理模型适应函数。
3.根据权利要求2所述的一种水泵水轮机活动导叶翼型优化设计方法，其特征在于，根据原翼型数据结合matlab软件的程序编程功能编写非均匀bezier样条曲线程序，将活动导叶的上下轮廓线用不均匀bezier样条曲线参数化，生成原型活动导叶的上下轮廓线的控制点及其的控制点线，导叶形状会随着控制点位置的变化而改变，具体控制点的数量根据bezier曲线所拟合图线与原型图线的匹配精度来确定；为了精确拟合导叶翼型的情况，最终确定12个控制点的坐标，但由于考虑到保证结构强度以及顶点定位的问题，需要选取最小的叶片厚度，中部与头尾位置...
【专利技术属性】
技术研发人员：李琪飞，辛路，姚磊，李润涛，陈祥玉，
申请(专利权)人：兰州理工大学，
类型：发明
国别省市：
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