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专利号: 2025115355902
申请人: 浙江理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种纺丝牵伸风道结构的设计方法,其特征在于:包括如下工艺步骤:

1),输入结构参数与流体参数,构建参数化纺丝牵伸风道流体动力学仿真模型,生成流场状态原始数据;

2),对步骤1)的原始数据进行预处理,构建仿真模型输入参数与输出结果的训练数据集;

3),采用支持向量回归模型对步骤2)得到的输入参数与输出结果建立映射关系;

4),基于遗传算法建立多目标优化模型,生成子代种群;

5),选取新一代种群的帕累托前沿解进行流体动力学验证,并将高误差样本加入训练数据集,重新训练步骤3)的支持向量回归模型;

6),重复步骤4‑5),直至多目标优化模型达到收敛条件;

7),输出最优风道结构设计方案,所述方案包括优化后的几何参数、流体参数、性能指标及满足工程约束条件的结果。

2.如权利要求1所述的纺丝牵伸风道结构的设计方法,其特征在于: 所述步骤1)中,输入的结构参数包括风道截面形状、导流板数量、导流板平面位置、入口/出口直径比、弯曲段曲率半径;

流体参数包括入口风速、湍流强度、流体密度及粘度;

仿真模型构建为三维稳态湍流模型,湍流模型选用Realizable k‑ε模型,网格划分通过ICEM CFD实现,网格数量>50万,边界条件为导流板最小间距、风道总体积、入口/出口比例;

流场状态原始数据包括气流均匀性标准差σ、压力损失系数ΔP及能耗E;其中,气流均匀性标准差公式为:式中:N为风道截面监测点总数,Ti为第i个监测点的风速,为平均风速;

E=ΔP×Q,Q为体积流量。

3.如权利要求1所述的纺丝牵伸风道结构的设计方法,其特征在于: 所述步骤2)中,预处理包括数据清洗、归一化及特征选择;首先采用3σ准则识别并剔除因回流或数值不稳定导致的异常样本;随后利用Min‑Max归一化方法将不同量纲的输入参数映射至[0,1]区间;

最后基于Pearson相关系数|r|>0.7筛选与气流均匀性、压力损失、能耗强相关的特征变量,剔除冗余参数。

4.如权利要求1所述的纺丝牵伸风道结构的设计方法,其特征在于: 所述步骤2)中,仿真模型的输入包括几何与流体参数,输出为风速分布、压力损失和气流均匀性,两者共同构成训练数据集。

5.如权利要求1所述的纺丝牵伸风道结构的设计方法,其特征在于:所述步骤3)中,支持向量回归的核函数选用径向基函数,其表达式为:其中,输入向量am,an由风道几何参数与流体参数构成,具体包括导流板位置坐标、入口/出口直径比、弯曲段曲率半径、入口风速,以及湍流强度;核带宽 用于调节模型对导流板局部气流扰动的敏感度。

6.如权利要求1所述的纺丝牵伸风道结构的设计方法,其特征在于:所述步骤4)具体为:通过设定导流板数量、位置、曲率半径和入口/出口直径比的设计变量范围,结合初始化种群、适应度函数与遗传操作,实现优化模型的构建;

其中,采用拉丁超立方采样生成初始种群,保证参数空间均匀覆盖;

适应度函数定义为气流均匀性标准差σ、压力损失ΔP和能耗E的加权综合目标,其具体计算公式为:式中:α、β、γ为权重系数;

遗传操作包括锦标赛选择、均匀交叉和高斯变异,通过不断迭代生成子代种群。

7.如权利要求1所述的纺丝牵伸风道结构的设计方法,其特征在于:所述步骤5)具体为:对每代帕累托前沿解进行流体动力学验证,若支持向量回归模型预测值与实际值的相对误差>10%,则将该样本标记为高误差样本并加入训练集;每迭代5代后,通过增量学习策略更新支持向量回归模型。

8.如权利要求7所述的纺丝牵伸风道结构的设计方法,其特征在于:所述增量学习策略为:在不重新训练全部样本的情况下,将新增高误差样本并入训练集;仅针对新增样本对支持向量回归模型的超参数C与γ进行优化,采用贝叶斯优化方法,并限制调整幅度在±10%范围内。

9.如权利要求1所述的纺丝牵伸风道结构的设计方法,其特征在于:所述步骤6)的收敛条件具体为:连续3代适应度函数变化率<1%,或总迭代次数达50代时终止优化。

10.如权利要求1所述的纺丝牵伸风道结构的设计方法,其特征在于:所述步骤7)的工程约束条件包括:导流板最小间距≥50 mm;

3

风道总体积≤0.5 m;

入口/出口比例≤3:1。