【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及泵用誘導輪優化設計，特別涉及一種基于最佳元模型的誘導輪抗空蝕性能優化設計方法。
技術介紹
1、空化現象是泵類機械在運轉過程中不可避免的一種水動力學現象。隨著空化發展，泵內空泡不斷潰滅，進而導致泵部件受到侵蝕破壞。為了有效緩解和抑制空化現象帶來的不利影響，在泵入口前增加誘導輪作為一種提高泵空化性能的有效途徑受到廣泛應用。誘導輪的作用原理為在泵入口前段預先對流體進行加速和增壓，從而提高泵入口處的流體壓力，降低泵的必需空化余量。
2、誘導輪雖能夠有效改善泵內的空化現象，但其作為空蝕代償部件，其內部空化、空蝕現象是不可避免的，并且誘導輪的使用壽命受空蝕程度直接影響。然而，目前對于誘導輪優化主要針對空化，對于空蝕的優化設計稀少。因此，對誘導輪開展抗空蝕性能優化設計對泵的長期穩定運行具有重要意義。
3、為此，如何提供一種能夠有效針對誘導輪的空蝕現象，提高誘導輪的抗空蝕性能的基于最佳元模型的誘導輪抗空蝕性能優化設計方法是本領域技術人員亟需解決的問題。
技術實現思路
1、有鑒于此，本專利技術提出了一種基于最佳元模型的誘導輪抗空蝕性能優化設計方法。
2、為了實現上述目的，本專利技術采用如下技術方案：
3、一種基于最佳元模型的誘導輪抗空蝕性能優化設計方法，包括：
4、步驟1：基于湍流模型和空化模型分別進行誘導輪水力性能模擬以及水翼非定常數值模擬，并分別基于誘導輪水力性能模擬結果，通過調整空化模型的系數確定誘導輪水力性能模擬模型以
5、步驟2：基于小樣本試驗設計方法，確定對空蝕面積以及泵性能的影響權重大于預設影響權重閾值的幾何參數，并通過誘導輪水力性能模擬模型和空蝕計算模型計算幾何參數下的誘導輪水力性能以及空蝕面積，建立幾何參數與誘導輪水力性能以及空蝕面積的樣本數據庫；
6、步驟3：基于樣本數據庫，進行不同元模型的訓練，并根據元模型的預測精度確定最佳元模型，將幾何參數作為優化變量，空蝕面積最小且誘導輪水力性能最高為優化目標，基于幾何參數的預設取值范圍和優化約束條件，利用全局優化算法對最佳元模型進行求解；
7、步驟4：利用誘導輪水力性能模擬模型和空蝕計算模型計算求解結果下的誘導輪水力性能以及空蝕面積，與求解結果在最佳元模型下的預測數據進行對比，若誤差大于預設預測誤差閾值，則將最佳元模型的預測數據加入樣本數據庫，重新確定最佳元模型，若誤差小于預設預測誤差閾值，則優化結束。
8、可選的，步驟1中，基于湍流模型和空化模型進行誘導輪水力性能模擬，并基于誘導輪水力性能模擬結果，通過調整空化模型的系數確定誘導輪水力性能模擬模型，具體為：
9、基于rng湍流模型和zgb空化模型進行誘導輪水力性能模擬，并將誘導輪揚程及效率的模擬結果與試驗數據進行對比，若誤差均小于預設水力性能模擬誤差閾值，則將當前模型確定為誘導輪水力性能模擬模型，若誤差大于預設水力性能模擬誤差閾值，則調整zgb空化模型的蒸發和凝結系數，直至誤差均小于預設水力性能模擬誤差閾值，得到誘導輪水力性能模擬模型。
10、可選的，步驟1中，基于湍流模型和空化模型進行水翼非定常數值模擬，并基于水翼非定常數值模擬結果，通過對比已有空蝕計算模型的空蝕預測誤差，確定空蝕計算模型，具體為：
11、基于rng湍流模型和zgb空化模型進行水翼非定常數值模擬，并通過已有空蝕計算模型進行水翼的空蝕面積預測，對比不同已有空蝕計算模型的空蝕面積預測結果與試驗數據的誤差，將誤差最小的已有空蝕計算模型確定為空蝕計算模型；其中，已有空蝕計算模型，包括有：強度函數法、時均空化侵蝕估算法、灰度法、能量法。
12、可選的，步驟2中，小樣本試驗設計方法，包括有：正交試驗法、plackett-burman試驗法。
13、可選的，步驟2中，對空蝕面積以及泵性能的影響權重大于預設影響權重閾值的幾何參數，包括：葉片進口安放角、葉片包角、螺距、葉片數。
14、可選的，步驟3中，不同元模型，包括有：反向傳播神經網絡，響應面法，樸素貝葉斯法，決策樹法。
15、可選的，步驟3中，根據元模型的預測精度確定最佳元模型，具體為：通過比較不同元模型的均方誤差確定最佳元模型。
16、可選的，步驟3中，幾何參數的預設取值范圍，具體為：
17、葉片進口安放角為5～15°；
18、葉片包角為300～380°；
19、螺距為原始值的0.75至1.5倍；
20、葉片數為2～4。
21、可選的，步驟3中，優化約束條件為：誘導輪揚程在±1％以內。
22、可選的，步驟3中，全局優化算法，包括有：遺傳算法、粒子群算法、魚群算法、退火算法。
23、經由上述的技術方案可知，與現有技術相比，本專利技術提出了一種基于最佳元模型的誘導輪抗空蝕性能優化設計方法，能夠有效針對誘導輪的空蝕現象，提高誘導輪的抗空蝕性能，且在對誘導輪抗空蝕性能優化的基礎上兼顧了水力性能，對于泵的長期穩定運行具有重要意義。
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1.一種基于最佳元模型的誘導輪抗空蝕性能優化設計方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的一種基于最佳元模型的誘導輪抗空蝕性能優化設計方法，其特征在于，步驟1中，基于湍流模型和空化模型進行誘導輪水力性能模擬，并基于誘導輪水力性能模擬結果，通過調整所述空化模型的系數確定誘導輪水力性能模擬模型，具體為：
3.根據權利要求1所述的一種基于最佳元模型的誘導輪抗空蝕性能優化設計方法，其特征在于，步驟1中，基于湍流模型和空化模型進行水翼非定常數值模擬，并基于水翼非定常數值模擬結果，通過對比已有空蝕計算模型的空蝕預測誤差，確定空蝕計算模型，具體為：
4.根據權利要求1所述的一種基于最佳元模型的誘導輪抗空蝕性能優化設計方法，其特征在于，步驟2中，所述小樣本試驗設計方法，包括有：正交試驗法、Plackett-Burman試驗法。
5.根據權利要求1所述的一種基于最佳元模型的誘導輪抗空蝕性能優化設計方法，其特征在于，步驟2中，對空蝕面積以及泵性能的影響權重大于預設影響權重閾值的幾何參數，包括：葉片進口安放角、葉片包角、螺距、葉片數。
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