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基于多目标遗传算法的涡旋型线形状优化设计研究

张永栋  
【摘要】:涡旋压缩机作为中小单元制冷空调系统的主要工作与耗能装置,具有比其他各种形式的压缩机无可比拟的优越性,如运动部件少、结构紧凑、低噪音、低振动、高效率、高可靠性和低能耗等。这在当今能源日益短缺,人们对居住的舒适性要求越来越高的条件下,就显得尤为重要。虽然得到广泛应用,但是其性能还受很多因素的制约, 而型线的形状是其中最根本的制约因素,因为型线直接关系着涡旋压缩机的泄漏量和效率。研究人员在对型线类型设计和优化的研究中,缺乏简洁有效的模式,往往简化为单目标优化问题,而且采用传统的方法与手段。论文在对涡旋型线的构成形式进行了深入的研究之后,对涡旋型线的形状应用非劣优选遗传算法进行了多目标优化研究。主要在以下几个方面进行了研究工作: 针对采用传统方式描述的型线表达形式各自相异,缺乏简洁有效的型线通用模型,重点研究分析了涡旋型线几何特性、构成形式与啮合理论;提出了基于Whewell方程的涡旋型线通用曲线函数类表征形式。 对多目标优化设计的传统算法与遗传算法进行了综合、分析与比较,以及系统化,形成了统一的理论体系,归纳得到多目标优化遗传算法的优越性;然后具体讨论了一种能够快速求解Pareto最优解集的最新多目标遗传算法理论成果—非劣优选遗传算法。 首次提出了涡旋型线的多目标形状优化设计,建立了符合多目标优化设计构架的涡旋型线集成形式的多目标形状优化的计算模型;并将非劣优选遗传算法的思想成功地应用于涡旋型线的多目标形状优化设计中,获得了具有多性能最优的设计方案。 采用VC++语言对基于Whewell方程的涡旋型线集成形式的多目标形状优化设计过程进行了系统集成和实例求解;通过编制程序对实例求解结果的分析表明,所得到的优化型线多性能指标较常规方法具有优越性,能够满足工程实际多方面的设计需求。 利用工程分析软件I-deas平台,建立了优化实例的相应涡旋压缩机三维实体仿真模型;进行了具体的动态仿真过程,仿真结果验证了研究所采用的方法与技术路线的正确性与有效性;并建立了对应的几何参数计算过程。


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