[发明专利]基于自适应差分变异人群搜索算法的叶片结构优化方法

说明书

本发明提出一种基于自适应差分变异人群搜索算法的叶片结构优化方法，获取初始涡轮流量计的仿真仪表系数特性曲线，并计算仪表系数线性度误差δ；以流量计叶片半径、叶片边缘厚度、叶片倾斜角度三个结构参数作为设计变量，仪表系数线性度误差δ为输出目标值，进行仿真正交试验；基于仿真数据，应用响应面法拟合出目标值关于设计变量的二次回归拟合方程；以拟合方程作为适应度函数，通过基于自适应差分变异的人群搜索算法，以适应度值最小为优化目标，进行结构参数寻优；使用优化后的叶片结构进行模拟仿真，获得优化后的仪表系数曲线。本发明通过改进后的人群搜索算法，实现对叶片结构参数的精准寻优，并提升流量计的计量精度。

技术领域

本发明属于叶轮叶片结构参数优化领域，尤其是涉及一种基于自适应差分变异人群搜索算法的涡轮流量计叶片结构优化方法。

背景技术

固井泥浆流量计是一种切向式涡轮流量计，主要应用在油田固井工程中进行钻井液、水泥浆、替井液等流体的流量计量作业中。流体体积的精准计量对于固井作业的质量具有重要意义，但是实际工程中，由于复杂的工况影响，导致实际的流量计仪表系数特性曲线偏离理想曲线，造成仪表系数线性度误差δ的增大。而对于流量计计量精度的提升主要是通过流量计内部结构尤其是叶轮叶片的改进来实现。许多学者借助计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)流体仿真的方式，通过模拟不同叶轮结构下的流场以及计量特性，来确定最优叶轮结构包括叶片形状、尺寸。

虽然这种方法具有较好的优化效果，但是获得的最优结构参数只能确定在某一变量范围内，不具有结构参数优化的准确性。针对这种优化方式的弊端，需要一种能够确定具体结构参数的优化方法，以提升涡轮流量计的计量精度。

发明内容

发明目的：

本发明提出了一种基于自适应差分变异人群搜索算法的叶片结构优化方法，通过改进后的人群搜索算法，实现对叶片结构参数的精准寻优，并提升流量计的计量精度。

技术方案：

基于自适应差分变异人群搜索算法的涡轮流量计叶片结构优化方法，该方法包括以下步骤：

步骤一、获取初始涡轮流量计的仿真仪表系数特性曲线，并计算仪表系数线性度误差δ；

步骤二、以流量计叶片半径、叶片边缘厚度、叶片倾斜角度三个结构参数作为设计变量，仪表系数线性度误差δ为输出目标值，进行仿真正交试验；

步骤三、基于仿真数据，应用响应面法拟合出目标值关于设计变量的二次回归拟合方程；

步骤四、以步骤三中的拟合方程作为适应度函数，通过基于自适应差分变异的人群搜索算法，以适应度值最小为优化目标，进行结构参数寻优；

步骤五、使用优化后的叶片结构进行模拟仿真，获得优化后的仪表系数曲线。步骤一中仪表系数线性度误差δ表达式如下：

式中，K_max＝Max{K_i}，K_min＝Min{K_i}，i＝1,2,…,n；n为进行结构参数优化选取的流量点个数；K_i为第i个流量点对应的仪表系数；为平均仪表系数；步骤三中拟合的设计变量和目标值之间的二次回归拟合方程为：

δ＝48.74314-5.17338×R_t+2.77162×a-0.07254×θ-0.41636×R_t×a+4.28292e-4×R_t×θ+0.025524×a×θ+0.14584×R_t²+4.02328×a²+5.70176e-4×θ²