專利名稱：一種固-液水力旋流器的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及水力旋流器的設(shè)計(jì)與制造技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，涉及一種固-液水力旋流器的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。
背景技術(shù)：
水力旋流器是一類常見(jiàn)的離心分離和分級(jí)設(shè)備，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便和分離能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于選礦、造紙、化工等領(lǐng)域行業(yè)。根據(jù)分離物質(zhì)的不同，水力旋流器可分為固-液分離和液-液分離兩類。固-液水力旋流器作為一種應(yīng)用廣泛的固液分離設(shè)備，其性能參數(shù)主要指其處理能力、分離固相顆粒粒度 的大小、壓力降的高低和固相清除效率等等。其中，分離固相顆粒粒度是評(píng)價(jià)固-液水力旋流器性能的重要指標(biāo)之一，分離固相顆粒粒度愈小則表明在正常的操作條件下固-液水力旋流器能夠分離的固體顆粒愈小，代表固-液水力旋流器的分離能力就愈強(qiáng)。而壓力降的高低則反映了固-液水力旋流器對(duì)能量消耗的大小，因此壓力降也是固-液水力旋流器工作性能的一個(gè)重要衡量指標(biāo)。迄今為止，固-液水力旋流器的應(yīng)用已近百年，對(duì)固-液水力旋流器的研究也非常深入，關(guān)于固-液水力旋流器的研究文獻(xiàn)不計(jì)其數(shù)。但是，由于固-液水力旋流器的內(nèi)部流場(chǎng)復(fù)雜，影響因素眾多，再加上研究者們使用的固-液水力旋流器結(jié)構(gòu)各異，所以至今也沒(méi)有一套成熟、普遍適用的公式來(lái)指導(dǎo)固-液水力旋流器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。目前，固-液水力旋流器的設(shè)計(jì)主要依靠前人積累的經(jīng)驗(yàn)公式和參考現(xiàn)有的成型產(chǎn)品，因此，現(xiàn)有設(shè)計(jì)的固-液水力旋流器性能低、分離固相顆粒粒度較大、壓力降較高，并不能滿足分離設(shè)備行業(yè)的需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺點(diǎn)與不足，提供一種以追求水力旋流器分離出的固相顆粒粒度最小和壓力降最小為目標(biāo)，對(duì)固-液水力旋流器多個(gè)幾何參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法。該設(shè)計(jì)方法可提高固-液水力旋流器的工作性能，同時(shí)簡(jiǎn)化傳統(tǒng)固-液水力旋流器的優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明通過(guò)下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn):一種固-液水力旋流器的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于:包括以下步驟:第一步，選取固-液水力旋流器的錐角α、進(jìn)口直徑φ、溢流口直徑dQ、圓柱段高度L、底流口直徑du和溢流口插入深度h作為固-液水力旋流器的幾何參數(shù)優(yōu)化變量X，則X=[ a，(Ii, d0, L, du, h]；第二步，設(shè)置第一步中優(yōu)化變量X的約束條件；第三步，建立以固-液水利旋流器分離出的固相顆粒粒度為最小的第一分目標(biāo)函數(shù)
權(quán)利要求
1.一種固-液水力旋流器的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于:包括以下步驟: 第一步，選取固-液水力旋流器的錐角α、進(jìn)口直徑d1、溢流口直徑Cltl、圓柱段高度L、底流口直徑du和溢流口插入深度h作為固-液水力旋流器的幾何參數(shù)優(yōu)化變量X，則X=[ a，(Ii, d0, L, du, h]； 第二步，設(shè)置第一步中優(yōu)化變量X的約束條件； 第三步，建立以固-液水利旋流器分離出的固相顆粒粒度為最小的第一分目標(biāo)函數(shù)
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固-液水力旋流器的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于:第二步中所述設(shè)置第一步中優(yōu)化變量X的約束條件如下:
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固-液水力旋流器的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于:第四步中，所述第一分目標(biāo)函數(shù)gl (χ)、第二分目標(biāo)函數(shù)g2 (χ)與優(yōu)化變量X約束條件的數(shù)學(xué)模型是在Matlab編程軟件平臺(tái)上建立。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固-液水力旋流器的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于:第六步中，所述總目標(biāo)函數(shù)g(X)與優(yōu)化變量X約束條件的數(shù)學(xué)模型是在Matlab編程軟件平臺(tái)上建立。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固-液水力旋流器的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于:所述第五步和第七步中的算法采用遺傳算法，并通過(guò)Matlab編程軟件平臺(tái)實(shí)現(xiàn)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種固-液水力旋流器的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，該設(shè)計(jì)方法包括以下步驟第一選取固-液水力旋流器的幾何參數(shù)作為優(yōu)化變量X；第二，設(shè)置優(yōu)化變量X的約束條件；第三建立以固-液水利旋流器分離出的固相顆粒粒度為最小的第一分目標(biāo)函數(shù)g1(x)，建立以壓力降為最小的第二分目標(biāo)函數(shù)g2(x)；第四，建立g1(x)、g2(x)與優(yōu)化變量X約束條件的數(shù)學(xué)模型；第五，得到第一分目標(biāo)函數(shù)g1(x)的最小初值和第二分目標(biāo)函數(shù)g2(x)的最小初值并對(duì)g1(x)和g2(x)分配合適權(quán)值ρ1和ρ2，建立總目標(biāo)函數(shù)使總目標(biāo)函數(shù)無(wú)量綱化；第六建立總目標(biāo)函數(shù)g(X)與優(yōu)化變量X約束條件的數(shù)學(xué)模型；第七得出總目標(biāo)函數(shù)g(X)的最小值以及優(yōu)化變量X。本發(fā)明可提高固-液水力旋流器的工作性能，簡(jiǎn)化傳統(tǒng)固-液水力旋流器的設(shè)計(jì)過(guò)程。
文檔編號(hào)G06F17/50GK103246763SQ20131013039
公開(kāi)日2013年8月14日 申請(qǐng)日期2013年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月15日
發(fā)明者黃思, 楊文娟, 宋志光 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)