[发明专利]一种薄层浮油转移装置的仿生流道优化设计方法

说明书

本发明公开了一种薄层浮油转移装置的仿生流道优化设计方法，基于pro/e 5.0对一种适用于水表薄层浮油中端转移设备的主要部件(仿生流道)进行了参数化3D虚拟建模，并利用均匀设计试验法和VOF法在仿生流道的各结构参数范围内提取了13组样本点，结合GA&ANN优化算法得到了最优浮油转移效率的仿生流道结构参数。最后，在仿生流道内部油气水三相流流动的三维CFD模拟基础上，分析了影响仿生流道浮油转移效率的因素，为水表薄层浮油中端转移收集技术开拓了一条道路。

技术领域

本发明涉及浮油转移技术领域，具体涉及一种薄层浮油转移装置的仿生流道的优化设计方法。

背景技术

目前，水面浮油处理的前端拦截导集技术[1-2]与后端油水分离技术[3-4]已日臻成熟，而将污染水面的油水混合物从导集区转移到油水分离设备中的中端转移技术还处于工况范围较窄的探索期，中端转移技术和设备主要适用于浮油泄漏量较大、油层较厚的场合，但其对水表薄层浮油的应用效果很差。另外，随着CFD软件的日益完善，模型仿真结果的可信度和可靠性已大为提升，减轻了对高昂制造试验模型成本的依赖。因此，越来越多的流体机械在前期模型设计阶段应用CFD数值模拟技术。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种薄层浮油转移装置的仿生流道的优化设计方法，利用均匀设计试验法[5]在薄层浮油转移装置的仿生流道的各结构参数范围内选取若干样本点，并基于proe 5.0的一般混合曲面功能进行仿生流道的参数化3D虚拟建模；通过CFD仿真软件Fluent中的VOF模型来获得各样本点下三维仿生流道所对应的输出参数[6]。然后在MATLAB中运用BP神经网络的非线性拟合能力建立起拟合样本点的模型，再利用遗传算法的非线性寻优能力找到该仿生流道的最优结构参数。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种薄层浮油转移装置的仿生流道优化设计方法，包括如下步骤：

S1基于proe 5.0的一般混合曲面功能进行仿生流道的参数化3D虚拟建模，得到仿生流道的3D虚拟模型；

S2利用均匀设计试验法在仿生流道的各结构参数范围内选取若干样本点，组成实际应用的均匀试验设计安排表；

S3通过CFD仿真软件Fluent中的VOF模型来获得各样本点下三维仿生流道所对应的输出参数；

S4在MATLAB中运用BP神经网络建立起拟合样本点的模型，再利用遗传算法找到仿生流道的最优结构参数。

需要说明的是，步骤S3的具体步骤为：

3.1)将3D虚拟模型导入到ICEM中进行网格划分，在边界层处建立起棱柱型网格，得到网格模型；

3.2)将划分好的网格模型导入到CFD仿真软件FLUENT中的VOF三相流模型进行数值计算，仿生流道入口设为速度入口，水和油的流速设为0.6m/s；采用三维基于压力隐式瞬态求解器，粘性流动状态用RNGκ―ε双方程模型，压力—流速耦合采用SIMPLE算法，固壁表面无滑移，收敛误差设为10-3，最大迭代次数设为800；

3.3)每组试验模型在FLUENT中经过6个小时左右的仿真运行后，得到各组数据对应的仿生流道模型出口处混合物的平均流量和出口处油的平均体积分数。

进一步需要说明的是，仿生流道结构为一中心对称三维模型，所述3D虚拟模型为通过取步骤S2中得到的3D虚拟模型的一半得到的简化3D虚拟模型。

进一步需要说明的是，网格数为100万-240万。

需要说明的是，步骤S4具体步骤如下：