喷嘴结构对高压水射流影响及结构参数优化设计
发布时间:2017-12-27 20:36
本文关键词:喷嘴结构对高压水射流影响及结构参数优化设计 出处:《国防科技大学学报》2016年03期 论文类型:期刊论文
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【摘要】:喷嘴是产生高压水射流的关键部件,其结构形式对射流动力学性能有很大影响。以圆柱形喷嘴为对象,进行喷嘴结构对高压水射流的影响分析及结构参数优化设计。采用两相流计算流体力学模型进行喷嘴内外的射流流场分析。为节省计算资源,在优化设计时引入Kriging代理模型替代计算流体力学模型。分别采用改进的非劣分类遗传算法和基于分解的多目标进化算法进行单目标和多目标优化设计。研究结果表明:直线型喷嘴总体性能较优,凹型喷嘴的次之,凸型喷嘴性能最差。以直线型喷嘴为设计对象,以射流初始段长度和流量为目标,得到了单目标和多目标优化设计结果。单目标优化时,两个指标较基准外形分别提高14.71%和27.56%。多目标优化时,优化得到的半锥角处于[15.4°,89.8°]区间内。运用代理模型和进化算法的全局优化方法在进行喷嘴的优化设计时是有效的。
[Abstract]:The nozzle is the key component of the high pressure water jet, and its structure has a great influence on the dynamic performance of the jet. The influence of the nozzle structure on the high pressure water jet and the optimum design of the structure parameters are carried out with the cylindrical nozzle as the object. The flow field inside and outside the nozzle is analyzed by two phase flow calculation fluid mechanics model. In order to save computing resources, the Kriging agent model is introduced to replace the computational fluid dynamics model in the optimization design. The improved non inferiority genetic algorithm and the decomposition based multi objective evolutionary algorithm are used to design the single objective and multi-objective optimization. The results show that the overall performance of the linear nozzle is superior, the concave nozzle is the second, and the convex nozzle has the worst performance. Taking the linear nozzle as the design object and taking the initial length and flow of the jet as the target, the optimal design results of single and multi target are obtained. In single objective optimization, two indexes are increased by 14.71% and 27.56% compared with the baseline profile respectively. When multi-objective optimization is optimized, the optimized half cone angle is in the interval of [15.4, 89.8]. The use of the global optimization method of agent model and evolutionary algorithm is effective in optimizing the design of the nozzle.
【作者单位】: 第二炮兵工程大学动力工程系;
【基金】:国家自然科学基金青年科学基金资助项目(E031303) 第二炮兵工程大学青年基金资助项目(2015QNJJ034)
【分类号】:TP18;O358
【正文快照】: 由于具有清洗质量好、清洗速度快、绿色环保、安全性能高等优点[1],高压水射流在固体发动机推进剂的清洗和切割中具有很好的应用前景[2-3]。喷嘴是产生高压水射流的关键部件,其结构形式对射流动力学性能和内部流场有很大影响,因此,广大学者采用不同的方法对其进行研究。刘庭成
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本文编号:1343127
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