基于動(dòng)態(tài)RBF與改進(jìn)的NSGA-Ⅱ離心泵葉輪優(yōu)化方法研究

基于動(dòng)態(tài)RBF與改進(jìn)的NSGA-Ⅱ離心泵葉輪優(yōu)化方法研究

摘要

離心泵是目前工業(yè)領(lǐng)域常用的關(guān)鍵設(shè)備之一。離心泵葉輪的設(shè)計(jì)對(duì)泵的性能有著重要的影響。為了優(yōu)化離心泵葉輪的性能，并提高其運(yùn)行效率，本研究提出了基于動(dòng)態(tài)RBF（徑向基函數(shù)）與改進(jìn)的NSGA-Ⅱ（非支配排序遺傳算法）的葉輪優(yōu)化方法。首先，通過(guò)建立離心泵數(shù)值模型，確定了優(yōu)化設(shè)計(jì)的目標(biāo)函數(shù)及約束條件。然后，利用動(dòng)態(tài)RBF進(jìn)行葉輪參數(shù)的響應(yīng)面建模，并基于此模型進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化。最后，通過(guò)改進(jìn)的NSGA-Ⅱ算法對(duì)離心泵葉輪的多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題進(jìn)行求解，得到了一組最優(yōu)解集合。

關(guān)鍵詞：離心泵葉輪；優(yōu)化設(shè)計(jì)；動(dòng)態(tài)RBF；NSGA-Ⅱ算法

1.引言

離心泵作為一種常見(jiàn)的流體輸送設(shè)備，廣泛應(yīng)用于水供應(yīng)、排水、工業(yè)過(guò)程以及農(nóng)田灌溉等領(lǐng)域。離心泵葉輪作為其核心組成部分，對(duì)泵的性能有著重要的影響。因此，優(yōu)化葉輪設(shè)計(jì)，提高其效率，對(duì)于提高離心泵整體性能具有重要意義。

2.離心泵葉輪模型建立

在優(yōu)化設(shè)計(jì)前，首先需要建立離心泵葉輪的數(shù)值模型。離心泵葉輪的流場(chǎng)特性可以通過(guò)數(shù)值模擬方法進(jìn)行研究。建立離心泵葉輪模型的目的是確定優(yōu)化設(shè)計(jì)的目標(biāo)函數(shù)及約束條件。

3.RBF響應(yīng)面建模

為了在葉輪參數(shù)優(yōu)化中減少大量的計(jì)算開(kāi)銷，本研究采用了動(dòng)態(tài)RBF方法來(lái)建立葉輪的響應(yīng)面模型。動(dòng)態(tài)RBF方法是一種常用的近似模型建立方法，通過(guò)尋找適當(dāng)?shù)幕瘮?shù)形式和基函數(shù)參數(shù)，可以快速建立準(zhǔn)確的近似模型。

4.基于動(dòng)態(tài)RBF的葉輪優(yōu)化

利用建立的動(dòng)態(tài)RBF模型，本研究對(duì)葉輪進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化。通過(guò)調(diào)整葉輪設(shè)計(jì)變量，如葉片數(shù)目、葉片彎曲程度等，來(lái)改善葉輪性能。

5.改進(jìn)的NSGA-Ⅱ算法

為了解決葉輪多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題，本研究采用改進(jìn)的NSGA-Ⅱ算法。NSGA-Ⅱ算法是一種常用的多目標(biāo)優(yōu)化算法，通過(guò)精確的非支配排序和擁擠度距離計(jì)算，可以得到一組近似Pareto最優(yōu)解集合。

6.實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

通過(guò)對(duì)一實(shí)際離心泵葉輪進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，并利用改進(jìn)的NSGA-Ⅱ算法求解，得到了一組最優(yōu)解集合。結(jié)果表明，通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)，離心泵葉輪的性能得到了顯著的提升，并且在不同目標(biāo)之間達(dá)到了一種平衡。

7.結(jié)論

本研究提出了基于動(dòng)態(tài)RBF與改進(jìn)的NSGA-Ⅱ算法的離心泵葉輪優(yōu)化方法。通過(guò)對(duì)離心泵葉輪進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以顯著提高泵的性能與運(yùn)行效率。該方法對(duì)于離心泵葉輪設(shè)計(jì)具有重要的指導(dǎo)意義，也為其他相關(guān)領(lǐng)域的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了一種新的思路。

本研究提出了基于動(dòng)態(tài)RBF與改進(jìn)的NSGA-Ⅱ算法的離心泵葉輪優(yōu)化方法。通過(guò)調(diào)整葉輪設(shè)計(jì)變量，利用動(dòng)態(tài)RBF模型建立準(zhǔn)確的近似模型，再利用改進(jìn)的NSGA-Ⅱ算法進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)，得到了一組最優(yōu)解集合。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)，離心泵葉輪的性能得到了顯著的提升