1.一种蒸汽喷射器的结构优化方法,其特征在于,所述蒸汽喷射器包括相互连通的接收室、混合室、扩压室,以及设置在所述接收室入口处的喷嘴,在所述接收室的下方设有进气口;所述混合室包括收缩段和过渡段,所述喷嘴包括进口段、渐缩段、喉部段和扩张段;所述过渡段和喉部段呈中空圆柱状;
其结构优化方法包括以下步骤:
(1)CFD数值模拟:
采用ICEM软件利用设计好的蒸汽喷射器结构参数建立网格模型;再通过FLUENT软件对蒸汽喷射器的几何模型进行数值模拟;然后在特定工况下,保持其他结构参数不变,利用单因素分析法,通过数值模拟的方式分析喷嘴喉部段直径x1、扩张段末端直径x2、过渡段的直径x3、混合室的收缩段长度x4和过渡段长度x5五个结构参数对喷射器引射系数y的影响规律,记录每次数值模拟结果,并标记相对较优结构参数,得到性能参数以及云图;
(2)建立目标函数模型:
针对上述五个结构参数的数值模拟结果,按一定步长选择40组数值模拟数据,利用最小二乘法来最小化预估数据与实际数据之间误差的平方和,从而建立起五个结构参数和引射系数之间的非线性映射关系;
y=f(x|a)=a1+A(x1)+A(x2)+A(x3)+A(x4)+A(x5)其中,
其中,
s.t.为约束条件;
(3)结构优化计算:采用人工鱼群算法寻优求得最优结构对应的最大引射系数值,以上述函数模型作为人工鱼群算法中的适应度函数Y;其具体优化计算过程包括以下步骤:①参数初始化:对人工鱼的状态、鱼群规模M、视野范围visual、拥挤度δ、步长step、最大尝试次数Ntry的参数进行初始化;
②人工鱼根据当前状态优先选择执行聚群、追尾行为,判断目标位置的拥挤程度,若满足执行聚群和追尾行为的条件,则选择其中最优行为进行下一步;
③若人工鱼感知到下一位置太过拥挤,不满足执行聚群、追尾行为的条件,则人工鱼执行觅食行为;
④若人工鱼的尝试次数达到最大尝试次数Ntry后仍不能满足移动条件,则执行随机行为;
⑤更新人工鱼状态生成新鱼群;
⑥评价所有人工鱼的状态和食物浓度,若优于公告牌上的值则将公告牌上的相应值替换为该人工鱼的状态和适应度值;
⑦当算法迭代次数达到50次时算法结束,此时公告牌上的值即为最优值;否则执行步骤②。
2.根据权利要求1所述的蒸汽喷射器的结构优化方法,其特征在于,所述喷嘴的进口段直径为dp为130mm,其喉部段直径 为31.34mm,其扩张段末端直径dp1为80.52mm;所述混合室的收缩段始端直径d2为220mm,其过渡段的直径d3为179.14mm。
3.根据权利要求2所述的蒸汽喷射器的结构优化方法,其特征在于,所述喷嘴的渐缩段长度l1为101mm,其喉部段长度l2为35mm,其扩张段长度l3为126mm。
4.根据权利要求3所述的蒸汽喷射器的结构优化方法,其特征在于,所述混合室的收缩段长度l4为447.38mm,其过渡段长度l5为177.98mm。
5.根据权利要求4所述的蒸汽喷射器的结构优化方法,其特征在于,所述扩压室的长度l6为900mm,所述扩压室的后端直径dc为260mm。
6.根据权利要求1所述的蒸汽喷射器的结构优化方法,其特征在于,步骤②中执行聚群行为的条件为:设当前人工鱼位置为Xi,食物浓度为Yi,当前人工鱼视野范围内人工鱼的数量为nf,寻找鱼群的中心位置Xc和相应的食物浓度Yc;若有Yc/nf>δYi,则中心位置Xc处人工鱼密度不大且食物浓度比较高,人工鱼由当前位置向中心位置Xc靠近一步。
7.根据权利要求6所述的蒸汽喷射器的结构优化方法,其特征在于,步骤②中执行追尾行为的条件为:设人工鱼当前位置为Xi,其相应位置处的食物浓度为Yi,其视野范围内人工鱼的数量为nf,寻找当前视野范围内人工鱼的最优位置Xmax,相应食物浓度为Ymax;当Yc/nf>δYi时,则证明Xmax处食物浓度较高且人工鱼数量不多,此时人工鱼向Xmax位置靠近一步。
8.根据权利要求1所述的蒸汽喷射器的结构优化方法,其特征在于,步骤④中Ntry为10。