Оптимизация проточной части осевого насоса с использованием поверхности отклика

Для проектирования высокоэффективной проточной части лопастных насосов необходимо использовать различные алгоритмы оптимизации, на основе которых происходит изменение геометрических параметров спроектированной проточной части с целью обеспечения необходимого значения какого-либо интегрального расчетного параметра. Рассмотрен численный метод поиска экстремума на основе одного из алгоритмов, включенного в состав инструмента оптимизации DesignXplorer, являющегося составным модулем программного комплекса ANSYS Workbench. Поверхность отклика (Response Surface Optimization) представляет собой некую математическую модель (метамодель), которая описывает аналитическую зависимость выходных параметров от входных. Функция построена на основе аппроксимации данных численного эксперимента (Design of Experiments). Использование этого метода позволило получить более эффективную проточную часть осевого насоса ОП-5 без проведения длительных экспериментальных исследований влияния ее геометрических параметров на характеристики насоса.

Литература

[1] Volkov A.V., Parygin A.G., Ryzhenkov A.V. et al. Optimization algorithm of parameters of low head microhydropower plant at an early design stage. Int. J. Appl. Eng. Res., 2016, vol. 11, no. 22, pp. 10878–10886.

[2] Соболь И.М., Статников Р.Б. Выбор оптимальных параметров в задачах со многими критериями. Москва, Дрофа, 2006. 175 с.

[3] Чабурко П.С., Ломакин В.О., Кулешова М.С. и др. Комплексная оптимизация проточной части герметичного насоса методом ЛП-Тау поиска. Насосы. Турбины. Системы, 2016, № 1, с. 55–61.

[4] Твердохлеб И., Костюк А., Соколов С. Современный подход к энергоэффективности насосного оборудования. Насосы и оборудование, 2014, № 4–5, с. 20–21.

[5] Черный С.Г., Чирков Д.В., Лапин В.Н. и др. Численное моделирование течений в турбомашинах. Новосибирск, Наука, 2006. 202 с.

[6] Соколова М.А., Ригин В.Е., Семенова А.В. Оптимизационное проектирование формы лопасти рабочего колеса с использованием критерия «зависимость КПД от расхода». Гидравлические машины, гидропневмоприводы и гидропневмоавтоматика. Сб. науч. тр. Межд. науч.-тех. конф. Санкт-Петербург, Изд-во СПбПУ, 2016, с. 114–123.

[7] Гарагулова А.К., Горбачева Д.О., Чирков Д.В. Сравнение генетических алгоритмов MOGA и NSGA-II на задаче оптимизации формы рабочего колеса гидротурбины. Вычислительные технологии, 2018, т. 23, № 5, с. 21–36, doi: https://doi.org/10.25743/ICT.2018.23.5.003

[8] Гарагулова А.К. Ускорение алгоритмов многоцелевой оптимизации путем использования суррогатных моделей. Тез. XIX Всерос. конф. молод. ученых по математическому моделированию и информационным технологиям. Новосибирск, ИВТ СО РАН, 2018, с. 15–16.

[9] Валюхов С.Г., Галдин Д.Н., Коротков В.В. и др. Использование аппроксимационных моделей для выполнения оптимизации профиля рабочего колеса центробежного насоса. Насосы. Турбины. Системы, 2020, № 2, с. 58–65.

[10] Чубань М.А. Аппроксимация поверхности отклика для использования в процессе параметрического синтеза машиностроительных конструкций. Вестник Нац. техн. ун-та ХПИ, 2015, № 43, с. 161–164.

[11] Валюхов С.Г., Оболонская Е.М., Боровикова М.М. Оптимизация двухзавиткового отвода центробежного насоса с помощью программного комплекса ANSYS. Труды МНТК СИНТ21. Воронеж, 2021, с. 9–17.

[12] Галдин Д.Н., Кретинин А.В., Печкуров С.В. Оптимизация профиля пространственного рабочего колеса центробежного насоса с использованием параметризованной модели проточной части и искусственной нейронной сети. Труды МНТК СИНТ21. Воронеж, 2021, с. 31–42.

[13] Азарх Д.Н., Попова Н.В. Осевые насосы. Москва, ВИГМ, 1961. 36 с.

[14] Свобода Д.Г., Жарковский А.А., Иванов Е.А. Создание осевых насосов с высоким КПД и незападающей формой характеристики. Вестник машиностроения, 2019, № 4, с. 37–41.

[15] TurboGrid user’s guide. Release 18.2. ANSYS, 2017. 187 p.