一种引射器结构优化设计方法技术

本申请属于引射器技术领域，具体涉及一种引射器结构优化设计方法，包括以下步骤：步骤1：确定引射器的设计变量，构建具有几何约束的引射器原始模型；步骤2：设定每个设计变量取值范围并在取值范围内任意选取一个参数组成一组设计变量矩阵，构建新的引射器模型；步骤3：基于性能指标建立设计变量矩阵的寻优模型；步骤4：重复步骤2和步骤3的过程，直至得到最优设计变量矩阵；步骤5：建立设计变量的参数边界寻优模型，判定是否需要更新设计变量的取值范围，直至判定结果无需更新并获得最优引射器结构参数

【技术实现步骤摘要】
一种引射器结构优化设计方法


[0001]本专利技术属于引射器
，具体而言，涉及一种引射器结构优化设计方法
。

技术介绍

[0002]引射器是一款充分利用一次流体来带动系统工质循环的部件，有着结构小
、
轻量化和无寄生功率等优点
。
近年来在燃料电池系统上得到了普遍应用，由于燃料电池系统对工况控制的高标准要求，使得引射器结构必须得到最合理的设计
。
[0003]现有的引射器结构优化方法如专利
CN116541984A
公开了一种基于
NSGA
‑Ⅱ
算法的喷射器结构优化方法
、
专利
CN116070369A
公开了一种基于粒子群算法的喷射器结构优化方法
、
专利
CN116186923A
公开了一种基于响应面算法的喷射器结构优化方法，其优化逻辑主要依靠市面早已成熟的寻优类算法，且这些算法需要在给定边界参数内进行优化，无法突破给定边界参数，采用这种方法得到的引射器的性能无法得到最优
。
因此需要一种能够解决现有问题的引射器结构优化设计方法
。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对现有技术缺陷，提出一种引射器结构优化设计方法，采用可突破边界算法在赋值过程中寻找引射器的最佳参数取值，并具备突破边界限制的有益效果，使得引射器的性能最大化
。
[0005]为实现以上技术目的，本专利技术将采取以下的技术方案：
[0006]一种引射器结构优化设计方法，所述引射器结构优化设计方包括以下步骤：
[0007]步骤1：确定引射器的设计变量，基于引射器的设计变量构建具有几何约束的引射器原始模型；
[0008]步骤2：设定引射器原始模型下的每个设计变量的取值范围，在每个设计变量的取值范围内任意选取一个参数，将选定参数的设计变量组成一组设计变量矩阵，基于设计变量矩阵构建一个新的引射器模型；
[0009]步骤3：分析步骤2构建的引射器模型性能并定义性能指标，基于性能指标建立设计变量矩阵的目标函数和寻优模型；
[0010]步骤4：重复步骤2和步骤3的过程，通过目标函数和寻优模型分析步骤2中的设计变量矩阵，直至得到最优设计变量矩阵；
[0011]步骤5：通过最优设计变量矩阵获得每个设计变量下的最优参数，建立设计变量的参数边界寻优模型，判定是否需要更新设计变量的取值范围，若无需更新，则步骤4获得的最优设计变量矩阵为最优引射器结构参数，若需要更新，则更新步骤2的设计变量取值范围，并将更新后的设计变量取值范围循环步骤3至步骤5，直至判定结果无需更新并获得最优引射器结构参数，完成引射器的结构优化
。
[0012]进一步地，步骤1具体包括：
[0013]步骤
1.1
：引射器按照原始模型的结构线段尺寸拆分为
n
个设计变量，多个设计变
量由
P1,P2,P3,...P
n
表示；
[0014]步骤
1.2
：将引射器模型的线段与线段之间设定几何约束关系，确保当引射器模型的各线段尺寸变化时，引射器模型的各线段之间几何关系保持不变
。
[0015]进一步地，步骤2具体包括：
[0016]步骤
2.1
：设定引射器原始模型的每个设计变量的取值范围，第
i
个设计变量取值范围为
[Min
i
,Max
i
]，其中
Min
i
和
Max
i
分别表示第
i
个设计变量取值范围的最小值和最大值；
[0017]步骤
2.2
：在步骤
2.1
中每个设计变量的取值范围内选取任意参数组成一组设计变量矩阵，将
[P1,P2,P3,...P
i
,...P
n
]0作为初始化矩阵，其中
P1‑
P
n
分别表示在每个设计变量的取值范围内选取的任意参数，
P
i
表示第
i
个设计变量的取值范围内选取的参数；
[0018]步骤
2.3
：基于步骤
2.2
的初始化矩阵，通过三维工程制图软件构建初始化矩阵下的引射器模型
。
[0019]进一步地，步骤3具体包括：
[0020]步骤
3.1
：基于网格前处理软件和有限元分析软件处理分析步骤
2.3
构建的引射器模型的性能，性能指标至少包括引射比
ER
j
和二次流质量流率
MFR
j
，
ER
j
和
MFR
j
分别代表第
j
组设计变量矩阵对应的引射器的引射比和二次流质量流率；
[0021]步骤
3.2
：基于步骤
3.1
建立设计变量矩阵的寻优模型所使用的目标函数，目标函数
f
con
通过下式确定：
[0022]f
con
＝
ER
j
·
α1+MFR
j
·
α2[0023]式中：
ER
j
表示引射比；
α1表示引射比的权重；
MFR
j
表示二次流质量流率；
α2表示二次流质量流率的权重
。
[0024]进一步地，步骤4具体包括：
[0025]步骤
4.1
：重复步骤2的过程，利用三维工程制图软件的宏命令，通过使用
VisualBasic
编辑器编写宏代码，使用循环结构遍历所有设计变量，每遍历一次生成一组设计变量矩阵，进而构建出每组设计变量矩阵下的引射器模型；
[0026]步骤
4.2
：步骤
4.1
每构建一组设计变量矩阵下的引射器模型，寻优模型同步迭代一次，以目标函数
f
con
作为寻优算法迭代过程的评价指标，使寻优算法根据每次迭代的
f
con
取值判断下一次迭代的设计变量矩阵
[P1,P2,P3,...P
i
,...P
n
]j
；
[0027]步骤
4.3
：基于步骤
4.2
寻优模型的迭代结果判断是否为最优，判断结果为否，则重新根据寻优算法确定新的设计变量矩阵
[P1,P2,P3,...P
i
,...P
n
]j+1
；判断结果为是，则标记当前设计变量矩阵
[P1,P2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种引射器结构优化设计方法，其特征在于，所述引射器结构优化设计方包括以下步骤：步骤1：确定引射器的设计变量，基于引射器的设计变量构建具有几何约束的引射器原始模型；步骤2：设定引射器原始模型下的每个设计变量的取值范围，在每个设计变量的取值范围内任意选取一个参数，将选定参数的设计变量组成一组设计变量矩阵，基于设计变量矩阵构建一个新的引射器模型；步骤3：分析步骤2构建的引射器模型性能并定义性能指标，基于性能指标建立设计变量矩阵的寻优模型；步骤4：重复步骤2和步骤3的过程，通过目标函数和寻优模型分析步骤2中的设计变量矩阵，直至得到最优设计变量矩阵；步骤5：通过最优设计变量矩阵获得每个设计变量下的最优参数，建立设计变量的参数边界寻优模型，判定是否需要更新设计变量的取值范围，若无需更新，则步骤4获得的最优设计变量矩阵为最优引射器结构参数，若需要更新，则更新步骤2的设计变量取值范围，并将更新后的设计变量取值范围循环步骤3至步骤5，直至判定结果无需更新并获得最优引射器结构参数，完成引射器的结构优化
。2.
根据权利要求1所述的引射器结构优化设计方法，其特征在于，步骤1具体包括：步骤
1.1
：引射器按照原始模型的结构线段尺寸拆分为
n
个设计变量，多个设计变量由
P1,P2,P3,...P
n
表示；步骤
1.2
：将引射器模型的线段与线段之间设定几何约束关系，确保当引射器模型的各线段尺寸变化时，引射器模型的各线段之间几何关系保持不变
。3.
根据权利要求1所述的引射器结构优化设计方法，其特征在于，步骤2具体包括：步骤
2.1
：设定引射器原始模型的每个设计变量的取值范围，第
i
个设计变量取值范围为
[Min
i
,Max
i
]
，其中
Min
i
和
Max
i
分别表示第
i
个设计变量取值范围的最小值和最大值；步骤
2.2
：在步骤
2.1
中每个设计变量的取值范围内选取任意参数组成一组设计变量矩阵，将
[P1,P2,P3,...P
i
,...P
n
]0作为初始化矩阵，其中
P1‑
P
n
分别表示在每个设计变量的取值范围内选取的任意参数，
P
i
表示第
i
个设计变量的取值范围内选取的参数；步骤
2.3
：基于步骤
2.2
的初始化矩阵，通过三维工程制图软件构建初始化矩阵下的引射器模型
。4.
根据权利要求1所述的引射器结构优化设计方法，其特征在于，步骤3具体包括：步骤
3.1
：基于网格前处理软件和有限元分析软件处理分析步骤
2.3
构建的引射器模型的性能，性能指标至少包括引射比
ER
j
和二次流质量流率
MFR
j
，
ER
j
和
MFR
j
分别代表第
j
组设计变量矩阵对应的引射器的引射比和二次流质量流率；步骤
3.2
：基于步骤
3.1
建立设计变量矩阵的寻优模型所使用的目标函数，目标函数
f
con
通过下式确定：
f
con
＝...

【专利技术属性】
技术研发人员：李超，付建勤，沈瑶瑞，陈征，刘敬平，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：