隨著計(jì)算機(jī)計(jì)算速度、CFD技術(shù)以及現(xiàn)代流體測(cè)試技術(shù)的不斷發(fā)展,關(guān)于離心泵內(nèi)部復(fù)雜流動(dòng)問(wèn)題的研究也愈來(lái)愈深入。有關(guān)離心泵的研究可概括為其正問(wèn)題和反問(wèn)題,其中正問(wèn)題為流動(dòng)分析問(wèn)題,而反問(wèn)題屬于設(shè)計(jì)問(wèn)題。由于葉片形狀、水力性能和內(nèi)部流動(dòng)結(jié)構(gòu)之間的復(fù)雜關(guān)系,反問(wèn)題一直是流體機(jī)械領(lǐng)域的重點(diǎn)及難點(diǎn)問(wèn)題。本研究依據(jù)在貝葉斯框架下,由已知先驗(yàn)分布向后驗(yàn)分布轉(zhuǎn)化的思想,分別提出了基于單輸出高斯過(guò)程回歸（SOGPR）與多輸出高斯過(guò)程回歸（MOGPR）的離心泵葉片反問(wèn)題方法。由葉片型線(xiàn)參數(shù)及流場(chǎng)分布參數(shù)構(gòu)成訓(xùn)練樣本集,利用極大似然估計(jì)及梯度下降法對(duì)反問(wèn)題模型中的超參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化,實(shí)現(xiàn)模型的訓(xùn)練。由訓(xùn)練所得的反問(wèn)題模型即可求得其目標(biāo)葉片載荷所對(duì)應(yīng)的葉片型線(xiàn)。最后,基于MOGPR反問(wèn)題模型反向構(gòu)建了離心泵性能預(yù)測(cè)模型,并對(duì)其預(yù)測(cè)性能進(jìn)行分析。主要的研究?jī)?nèi)容及結(jié)論如下:（1）將機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)引入了水力機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)領(lǐng)域,提出了基于高斯過(guò)程回歸的離心泵葉片反問(wèn)題方法。以MH48-12.5型低比轉(zhuǎn)數(shù)離心泵為研究對(duì)象,對(duì)兩種反問(wèn)題模型的精度、泛化能力及可靠性進(jìn)行了對(duì)比分析。以原葉型作為目標(biāo)葉型時(shí),SOGPR與MOGPR反問(wèn)題... 

【文章來(lái)源】：蘭州理工大學(xué)甘肅省

【文章頁(yè)數(shù)】：73 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

葉輪軸面投影圖和平面投影圖

工程碩士學(xué)位論文19圖3.2三維流體計(jì)算域3.2離心泵二維圓柱葉片參數(shù)化控制及試驗(yàn)設(shè)計(jì)3.2.1二維圓柱葉片參數(shù)化控制方法由于離心泵葉輪內(nèi)流道邊界形狀復(fù)雜，葉片形狀設(shè)計(jì)以及修改都基于半經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)理論，其過(guò)程復(fù)雜繁瑣。對(duì)葉片形狀進(jìn)行參數(shù)化控制有助于更精確方便地描述目標(biāo)葉片形狀，進(jìn)而在試驗(yàn)樣本設(shè)計(jì)、形狀優(yōu)化等方面顯得十分有利。目前，離心泵葉片參數(shù)化方法主要有Taylor多項(xiàng)式法[77]、高階Bezier曲線(xiàn)法[78]、自由曲面變形法[79]、NURBS曲面設(shè)計(jì)法[80]等，本課題組已成功將Taylor多項(xiàng)式法、高階Bezier曲線(xiàn)法以及自由曲面變形法應(yīng)用于離心泵二維三維葉片形狀以及液環(huán)真空泵殼體形狀的參數(shù)化控制。本文采用三階Bezier曲線(xiàn)對(duì)離心泵二維圓柱葉片的型線(xiàn)進(jìn)行參數(shù)化控制，以便于試驗(yàn)樣本的生成。Bezier曲線(xiàn)參數(shù)化控制葉片型線(xiàn)的主要原理如下：Bezier曲線(xiàn)一般使用Bernstein多項(xiàng)式作為基函數(shù)，其表達(dá)式為,00!()(1)()()!!nnniiiniiiinPuuuVBuVnii====∑∑(3.1)式中u∈[0,1]，(0,1,,)iVi=n為特征多邊形的頂點(diǎn)，這些頂點(diǎn)控制著所構(gòu)造曲面的基本形狀，n+1個(gè)頂點(diǎn)可構(gòu)成n階Bezier曲線(xiàn)多邊形，,()(0,1,,)niBui=n為Bernstein多項(xiàng)式。當(dāng)明確控制點(diǎn)也就是特征多邊形頂點(diǎn)的坐標(biāo)以及階數(shù)后便可利用Bezier曲線(xiàn)擬合出目標(biāo)幾何形狀。

是，隨著控制點(diǎn)數(shù)量的增多，有關(guān)葉輪的優(yōu)化研究也愈來(lái)愈困難。所以，針對(duì)不同研究目標(biāo)以及不同研究對(duì)象選擇合適階數(shù)的Bezier曲線(xiàn)是十分重要的。在本研究中，其研究目標(biāo)是在離心泵葉輪軸面形狀不變以及給定流場(chǎng)參數(shù)的條件下，利用高斯過(guò)程回歸方法反求出給定的流場(chǎng)所對(duì)應(yīng)的葉片型線(xiàn)，實(shí)現(xiàn)離心泵反問(wèn)題的求解。本文所選用的研究對(duì)象為一臺(tái)低比轉(zhuǎn)速離心泵，葉輪葉片為二維圓柱葉片，決定該葉輪葉片形狀的結(jié)構(gòu)參數(shù)主要包括葉片進(jìn)口安放角、葉片出口安放角和葉片包角�；诖�，選擇三階Bezier曲線(xiàn)對(duì)該葉片型線(xiàn)進(jìn)行參數(shù)化控制，如圖3.3所示。葉片型線(xiàn)的進(jìn)口安放角和出口安放角分別由線(xiàn)段AB和CD的斜率控制，線(xiàn)段AB和CD的長(zhǎng)度根據(jù)所選研究對(duì)象的葉片形狀來(lái)確定，葉片包角由控制點(diǎn)D在葉輪外徑上的移動(dòng)幅度來(lái)確定。當(dāng)改變?nèi)~片進(jìn)、出口安放角和葉片包角時(shí)，即可通過(guò)該參數(shù)化控制方法獲得所對(duì)應(yīng)的葉片型線(xiàn)。圖3.3葉片型線(xiàn)參數(shù)化控制3.2.2基于葉片參數(shù)化方法的樣本試驗(yàn)設(shè)計(jì)高斯過(guò)程回歸是基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的機(jī)器學(xué)習(xí)方法，通過(guò)學(xué)習(xí)訓(xùn)練數(shù)據(jù)之間的潛在信息來(lái)實(shí)現(xiàn)未知變量的預(yù)測(cè)。在本文的反問(wèn)題方法研究中，基于葉片型線(xiàn)參數(shù)化控制方法，對(duì)所選低比轉(zhuǎn)速離心泵葉輪的進(jìn)、出口安放角和葉片包角左右分別擾動(dòng)5°、5°和10°，確定這三個(gè)設(shè)計(jì)變量的變化范圍，接著通過(guò)均勻試驗(yàn)設(shè)計(jì)生成8組樣本數(shù)據(jù)，如表3.2所示，利用三次Bezier曲線(xiàn)參數(shù)化控制方法便可生成8組樣本數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的葉片型線(xiàn)，如圖3.4所示。

【參考文獻(xiàn)】：
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碩士論文
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本文編號(hào)：2921072