基于动态RBF代理模型与NSGA-Ⅱ算法的离心泵叶轮优化设计

传统离心泵多目标优化设计中,代理模型的预测精度随着Pareto前沿不断向前推进将逐渐降低,为改善离心泵多目标优化效果,提出一种基于动态RBF代理模型与NSGA-Ⅱ算法的离心泵叶轮优化方法,将生成的Pareto前沿解中部分最优样本添加到RBF样本集中,重新训练RBF代理模型,依据动态代理模型预测子代各样本的目标函数值.以MH48-12.5型离心泵为研究对象,选取叶片的进口安放角、出口安放角及叶片包角为优化变量,采用拉丁超立方抽样(LHS)构建代理模型初始样本空间,并以扬程和效率为优化目标进行多目标优化分析.结果表明：动态RBF代理模型多目标优化方法得到的Pareto前沿要大大优于静态代理模型方法结果,静态代理模型方法得到的Pareto前沿各点均被动态模型方法得到的Pareto前沿所支配;动态代理模型对前沿解的预测精度均大于静态代理模型;动态代理模型方法得到扬程最大点比原始设计高2.86%,比静态模型高1.03%;动态代理模型方法得到水力效率最高点比原始设计效率高4.36%,比静态模型高1.32%.     

水平轴海流能水轮机的多目标优化设计

能量捕获效率和轴向水推力系数是海流能水轮机转轮的2个重要性能参数.提出了一种水平轴海流能水轮机转轮的多目标优化设计方法.首先采用贝塞尔曲线参数化技术将海流能水轮机转轮叶片节距角分布曲线进行参数化;然后选取转轮的能量捕获效率和轴向水推力系数作为目标函数,并根据BBD试验设计方法和响应面技术建立设计变量和2个目标函数之间的二次多项式响应关系;最后采用NSGA-Ⅱ多目标遗传算法作为优化算法,以叶片节距角分布曲线控制参数为设计变量,以能量捕获效率和轴向水推力系数作为目标函数,以设计变量与目标函数之间的响应关系作为个体适应度评价函数,对海流能转轮进行优化.优化后,叶轮的轴向水推力系数降低了2%,同时能量捕获效率提高了0.4%,证明了所采用的优化方法的有效性.     

基于改进NSGA-Ⅱ算法下的机械绿色制造系统多目标优化研究

绿色制造是目前机械生产新的发展方向与发展目标,同时也是机械制造产业中可持续发展战略的重要体现。但是目前机械制造系统中存在无法同时满足环境、资源、生产效率等多目标的问题。通过引入改进NSGA-Ⅱ算法,对机械制造系统中的安全、效率、环境和资源等建立多目标优化模型,详细阐述了该算法的关键步骤和流程。通过在实际案例中的应用,验证了所提方法的有效性和优越性。研究结果表明,基于改进NSGA-Ⅱ算法的机械绿色制造系统优化能够显著提升系统的多目标性能,实现资源的高效利用和环境的可持续发展。     

基于NSGA-Ⅱ悬架参数优化设计

基于车辆系统动力学分析与最优化设计,提出了混合多目标客车悬架系统优化的数学模型。以车辆乘坐舒适性、结构空间、行驶安全性为优化目标,选择悬架系统的弹簧刚度和减振器阻尼作为优化参数,建立多目标优化函数。以四分之一车辆模型为例,采用最近发展起来的具有优良性能的多目标遗传算法NSGA-Ⅱ为优化方法来求全局最优解。通过比较优化前后的仿真结果,可以看出优化后客车的各项性能都有了不同程度的提高,表明该遗传算法在悬架参数优化方面具有较好的效果。     

基于NSGA-Ⅱ算法的锡林浩特市多水源工业供水优化配置

应用NSGA-Ⅱ算法对锡林浩特市多水源工业供水进行多目标优化配置,设置了经济效益、社会效益和环境效益三个目标函数.通过计算得出一组各水源针对不同工业用户供水量分配的Pareto解集合.此方法处理多目标优化问题具有效率高、计算准确以及使用简便等特点,对于区域水资源优化配置具有较强的实用性.     

基于RBF神经网络和NSGA-Ⅱ算法的海水淡化高压泵多工况优化设计

为提高透平式能量回收一体机的水力性能,采用RBF神经网络、NSGA-Ⅱ遗传算法和数值模拟集成的设计方法,对高压泵进行多工况优化设计.以高压泵三工况点的加权平均效率为优化目标,设计工况点下的扬程为约束条件,结合Plackett-Burman筛选试验,将进口安放角、出口安放角、叶片出口宽度及叶片包角作为优化变量,采用最优拉丁超立方设计试验空间,基于Isight多学科优化平台,通过编写批处理命令集成CFturbo,ICEM,CFX等,搭建智能水力优化平台,实现高压泵的CFD自动预报.基于数值模拟结果,利用RBF神经网络建立目标函数与几何参数之间的非线性关系,并运用NSGA-Ⅱ算法对该模型寻优.研究结果表明:RBF神经网络模型能够准确预测高压泵效率以及扬程与设计变量之间的关系;优化后高压泵与初始方案相比,3个工况点加权平均效率提高了3.38%,在0.8Q_d,1.0Q_d和1.2Q_d工况下效率分别提高了2.21%,3.59%和4.23%;优化后叶轮在设计工况点附近轴功率略有减小;对比优化前后叶轮的流场分布,优化后的叶轮进口低速区减小,内部速度梯度分布更加均匀,流场得到明显改善,能量耗散减小.研究结果可为高压泵多工况水力优化设计提供一定理论依据.     

基于改进型NSGA-Ⅱ算法的晋中市水资源优化配置

对水资源的不合理利用而导致的水资源短缺现象愈发频繁,进行水资源优化配置的需求也越来越大。水资源优化配置是指在水资源总量有限的前提下,综合考虑社会效益和经济效益,用科学有效的方法对水资源进行水量的合理分配。首先分析晋中市的水资源状况,综合考虑晋中市水资源优化配置需求,建立了以社会效益和经济效益为目标函数的晋中市水资源优化配置模型。接着提出了一种改进型NSGA-Ⅱ算法（INSGA-Ⅱ）,并用INSGA-Ⅱ算法对ZTD1、ZTD2及ZTD3等6个多目标测试函数进行实验,结果表明提出的INSGA-Ⅱ算法能求得有效的帕累托前沿,同时收敛性和分布性均优于所列举的大部分多目标优化算法。最后将INSGA-Ⅱ算法应用于晋中市水资源优化配置模型中并进行实例分析,同时与基于NSGA-Ⅱ算法的方案进行对比。实例分析结果表明,基于INSGA-Ⅱ算法的水资源优化配置方案比基于NSGA-Ⅱ算法的水资源优化配置方案得到的缺水量更小、经济效益更高,证明了基于改进型NSGA-Ⅱ算法的晋中市水资源优化配置方案的可行性。根据决策者对不同目标的偏好不同,给出了3种优化配置方案和3种方案的效益比较,这些配置方案同时考虑了社会效益...     

基于模拟退火算法的水轮机导叶分段关闭规律优化

为了解决水电站过渡过程中输水系统水锤压力和机组转速上升难以协调控制的问题,保证电站安全运行,建立了一种水轮机导叶关闭规律非线性优化模型,该优化模型可以调整各控制参数的重要程度并应用于多工况优化.基于水力瞬变计算的特征线法,应用模拟退火算法对该优化模型进行计算,寻找满足调节保证计算要求的较优关闭规律.结合工程实例,针对蜗壳末端最大压力和机组转速最大上升率2种控制工况,比较导叶一段直线关闭和二段折线关闭的数值计算结果,并应用模拟退火算法对折线关闭规律进行优化.使用优化后的关闭规律进行过渡过程计算,蜗壳末端最大压力、机组最大转速上升率和尾水管进口最小压力均满足调保计算要求,且安全裕量较大.结果表明,模拟退火算法可以快速优化导叶关闭规律,且算法稳定性较好,安全裕量分配合理,为类似工程的导叶关闭规律优化提供了新方法.     

基于NSGA-Ⅱ遗传算法的Myring流线型量水槽体型优化设计

Myring流线型在水下航行器领域应用较为广泛,而量水槽在渠道中的受阻状态与潜水器潜行时受到的阻力情况具有一定的相似之处,因此本文借鉴潜水器的结构特点进行量水槽体型设计,探究量水槽受阻最小的较优线型。基于FLOW-3D软件,采用最优拉丁超立方设计方法,以流线型的收缩段长度和锐度因子、扩散段长度和离去角为变量设计了40组数值模拟方案,得到对应的水头损失百分比和上游佛汝德数。以数值模拟变量为输入、结果为输出,训练RBF神经网络,结合NSGA-Ⅱ遗传算法获得Patero前沿解,通过TOPSIS评价法筛选出最优解并得出其线形参数：优化模型收缩段长度为45.9cm、收缩段锐度因子为0.74、扩散段长度为49.2cm、扩散段离去角为14.63°,并通过等比例缩放得到6组收缩比,在9组流量下进行模型试验分析水力性能。结果表明,优化后线型过流较顺畅,水力性能较优,预测结果和模拟结果误差不超过5%;不同工况下上游佛汝德数均小于0.5,满足测流规范要求,收缩比为0.58~0.66时各项水力性能均较优;基于临界流测流和量纲分析原理得到的测流公式精度较高,平均相对误差为2.09%。本研究证明了将流线型运用于量水槽领域研究以及通过神经网络和遗传算法寻优的可行性,优化后Myring流线型量水槽具有良好的性能和测流精度,在灌区渠道中具有较好的运用前景。     

基于SWMM与NSGA-Ⅲ的城市排水系统多目标优化

快速城市化和气候变化导致城市内涝频发,城市排水系统设计优化对城市排水防涝具有重要意义。以西安市小寨区域为例,选取排水管网和调蓄池两种灰色设施,基于SWMM模型与NSGA-Ⅲ算法结合,提出以管网溢流量最小、经济成本最低和径流控制率最大为目标的优化方法,对城市排水系统进行优化设计。结果表明：排水系统优化后,管网溢流量最小、经济投入最低和径流控制率均优于原设计方案,50 a一遇设计降雨条件下,管网溢流量减少11.70%,经济成本降低4.55%,径流控制率提升4.06%;10 a一遇和20 a一遇设计降雨重现期条件下,三个目标均有不同程度的改进。该研究成果可为城市排水系统优化设计提供理论基础和技术支撑。     

基于RSM和NSGA-Ⅱ的苜蓿种子离散元模型参数标定

为寻求最优苜蓿种子离散元模型接触参数组合,设计了一种可同时测定物料休止角与堆积角的装置,并提出测定方法,将实际试验与仿真试验相结合,以苜蓿种子休止角和堆积角的实测值与仿真值误差为指标,对苜蓿种子模型参数进行标定。通过Plackett-Burman试验筛选出对指标影响显著的接触参数,采用响应曲面法(RSM)建立显著性参数与指标之间的二阶数学模型,采用非支配排序遗传算法Ⅱ(NSGA-Ⅱ)进行多目标寻优计算,获取最优苜蓿种子离散元模型接触参数组合,即种间碰撞恢复系数为0.47,种间静摩擦因数为0.24,种间滚动摩擦因数为0.08。采用槽轮式排种器进行了试验验证,结果表明,在不同排种轮转速条件下,苜蓿种子质量流率实测值和仿真值的平均相对误差为2.89%,该苜蓿种子离散元模型和接触参数能够满足离散元仿真试验要求,基于RSM和NSGA-Ⅱ的多目标优化方法具有科学性和可行性。     

导叶开度对混流式水轮机转轮应力应变的影响

为了研究混流式水轮机转轮应力及变形情况,基于单向流固耦合理论,利用Workbench平台对其进行数值模拟.在模拟过程中首先利用ANSYS CFX软件,采用标准k-ε湍流模型对水轮机三维流态进行计算,其次通过Static Structural将流场水压力传递到转轮表面,进而进行耦合计算并得到了转轮应力和变形分布规律,最后通过试验结果对数值计算结果进行验证.研究表明:在100%开度下,从最低水头到额定水头、从额定水头到最高水头,转轮最大主应力与等效应力分别增大了9.8%,15.9%.另外在不同导叶开度下,水轮机转轮叶片瞬态较大变形、最大主应力以及最大等效应力均主要集中在叶片出水边与泄水锥交界处和叶片出水边靠近下环处,且随着导叶开度增大这些值均逐渐增大,特别在叶片出水边靠近下环处,由于该位置较薄,且在交变应力的反复作用下,该位置易发生疲劳破坏,因此更易出现裂纹和断裂.     

多目标优化设计的灰色—混合离散变量寻优算法

根据机械产品对多目标优化设计的更高需求,提出了灰色－混合离散变量多目标寻优算法。此算法把多目标寻优的高维问题简化成低维问题处理,寻优效率高,并且能分析寻优过程的变化态势和利用贫信息作定性分析。此算法不仅注意在启发式搜索技术上有所突破,而且注重跨学科、跨领域新兴寻优技术的最优组合。最后运用工程实例介绍这一算法的应用。     

活动导叶分布圆直径对混流式水轮机水力性能的影响

对于混流式水轮机,活动导叶与固定导叶以及转轮的相对位置直接影响导水机构和转轮内部流动,对水轮机安全、稳定、高效运行起到重要作用。采用商业软件ANSYS CFX 16. 0对某电站水轮机模型机全流道进行三维数值模拟计算,提出了5种活动导叶分布圆直径方案,分析不同方案下水轮机的外部能量特性与内部流场,寻找活动导叶安放的最佳位置。结果表明:适当增大活动导叶分布圆直径,可以有效改善叶片吸力面的低压区,降低活动导叶流域内水流的最大速度,改善转轮进口水流角,同时减小导水机构与转轮的水力损失。小流量工况下,D_0/D_1增大0. 031,水轮机效率提高了5. 28个百分点;设计工况与大流量工况下,活动导叶分布圆的变化对水轮机效率的影响相对于小流量工况较小,最高效率与最低效率的差值分别为0. 17%与0. 48%。因此,在一定范围内改变活动导叶的分布圆直径具有可实施性,对水轮机的优化设计有一定参考价值。     

水泵水轮机在水轮机工况的导叶水力矩特性

在进行水泵水轮机最高水头的水轮机工况导叶水力矩试验的基础上,使用计算流体动力学方法分析与试验工况相对应的流场特性.选取标准k-ε两方程模型进行定常数值模拟,使用SST k-ω两方程模型进行非定常计算分析内流场特性.计算结果表明：水力效率的数值模拟结果和试验值的误差在允许范围之内;在各开度下,导叶水力矩因数模拟结果和试验结果吻合较好.通过内流场分析发现,在小开度时（A0=13mm）,无叶区和转轮流道中都存在回流和旋涡导致流动不稳定,在最大开度时（A0=49mm）,活动导叶背面靠近尾缘处容易出现边界层分离,力矩值与导叶附近的压力值随时间的变化规律相似,且力矩因数值呈周期性小幅波动.     

水轮机活动导叶端面间隙磨蚀特性数值模拟

为了研究水轮机活动导叶端面间隙固液两相流动的规律,以及间隙上下表面的磨损情况,基于Fluent软件的RNG k-ε湍流模型和DPM模型,结合水轮机活动导叶端面间隙流的简化模型(圆柱绕流和后台阶流),数值模拟了不同进口速度下,沙粒体积分数分别为1%,5%,7%,10%以及沙粒粒径分别为0.020,0.050,0.075,0.100 mm时,活动导叶端面间隙的三维非稳态流动.通过定常数值模拟得到不同工况下间隙上下表面的平均磨损率分布,分析磨蚀规律和磨蚀位置.结果表明:流场中平均磨损率分布受间隙流模型的结构和两相流参数设置影响较大.随着进口速度和沙粒体积分数增大,间隙流模型上下表面平均磨损率增大,磨损主要集中在轴前、台阶下游再附点位置以及间隙流出口处,最大平均磨损率约为2.0×10^-6 kg/(m²·s).随着沙粒粒径增大,由于惯性力作用,模型上下表面平均磨损率减小;在沙粒粒径小于0.020 mm时,磨损情况相比其他粒径更严重,最大平均磨损率约为0.100 mm时的2倍.     

基于正交试验的深井泵优化设计

以深井泵叶片数、出口安放角、出口宽度等7个因素,每个因素取3个水平,按L18(37)正交试验方案,设计了18副叶轮.通过CFD技术对叶轮、导叶在内的两级深井泵的全流场进行了设计工况下的三维数值模拟,获得了18组设计方案的效率、扬程值.通过正交试验法探索了各几何参数对效率、扬程的影响规律,并通过极差分析找到了影响这些性能的主要因素和次要因素,根据优选结果结合内部流场测试及样机试验验证对模型泵提出了进一步优化设计方案.本试验结果对采用叶轮极大扬程设计法的深井泵水力设计具有一定的参考价值.     

基于PSO-BPNN和多目标优化的混凝土坝参数反演

基于监测数据的混凝土坝参数反演能够为评估大坝安全性态提供重要信息。传统的参数反演方法通常采用加权求和法以简化基于多种类型监测数据构建的多个目标函数,并结合单目标优化算法求解。由于权值的确定具有主观性以及单目标优化算法在实际应用中存在局限性,可能导致反演结果出现较大偏差。因此,考虑多种类型的监测数据以构建不同的目标函数,结合NSGA-Ⅱ算法搜寻Pareto最优解集,提出了一种基于PSO-BPNN模型和多目标优化的混凝土坝参数反演方法。研究成果依托于GD重力坝工程,并与传统参数反演方法进行了对比分析。应用表明,该方法对于混凝土坝参数反演更为合理和准确。     

水轮机模式液力透平新型空间导叶的设计和性能分析

按原动机原理设计的水轮机模式液力透平流道是液力透平模式上的一种创新,能有效解决泵式流道在效率低、高效区窄方面的问题.为研究水轮机模式液力透平流道性能,文章结合传统的空间导叶与同径正反导叶,设计出一种新的空间导叶,该导叶正反导叶过渡不采用跨桥式连接,而是导叶间的直接连接,叶片在三维空间为扭曲形状,将过渡段划为单独流道;并...     

基于模拟退火算法的减速器多目标优化设计

提出了采用模拟退火算法进行减速器参数的全局优化的方法;针对斜齿轮减速器优化设计的多参数、多目标、多约束特点,建立了多目标优化数学模型;应用层次分析法计算了各目标权重。仿真结果表明,优化参数比原设计参数的优化解要好,说明模拟退火算法用于减速器优化设计是有效、可行的。