基于Kriging代理模型气动生热风机摩擦盒结构优化设计

摘要

[目的]气动生热风机被广泛应用于农业温室供暖、育苗保温、农产品干燥加工等场合，为提升生热效率与出口温度，探明其工作过程中摩擦盒内湍流对出口温度的影响机制，在分析气动生热风机生热机理与结构原理的基础上，建立风机蜗壳内摩擦盒及摩擦盒流道的数学模型，并采用目标函数法对其进行优化设计。[方法]以风机出口气体温度和速度为目标函数，采用拉丁超立方抽样、Kriging代理模型和多目标优化遗传算法NSGA-Ⅱ对摩擦盒个数n、 ■圆心角θ_AB、 ■圆心角θ_BC、摩擦盒厚度ΔR进行了优化求解。利用Solid Works建立气动生热风机仿真模型，并采用Fluent进行了仿真分析。[结果]当速度低于5 m·s^-1时，出口温度呈线性降低；5～8 m·s^-1时，出口温度线性下降幅度减缓；超过8 m·s^-1时，出口温度线性降低幅度显著增大。当优化变量n=27,θ_AB=1.71°，θ_BC=42.82°，ΔR=29.78 mm时，出口温度为414.97 K，速度为7.26 m·s^-1。对比优化的目标函数值，相对误差分别为2.66%和5.23%。[结论]可为风机蜗壳摩擦盒设计过程中基于多物理场耦合优化设计提供参考。

关键词

摩擦盒 / 多目标优化 / 代理模型 / 出口速度 / 遗传学算法