神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和粒子群優(yōu)化還能這樣用？潛水井泵的未來有救了
近年來隨著數(shù)值模擬和優(yōu)化設(shè)計技術(shù)的發(fā)展，用于潛水井泵后，使其性能得到了很大程度的提高，但由于受到效率和泵揚程的限制，在某些特定場合仍不能滿足需求。
而葉輪作為井潛泵的核心液壓部件，它對泵的水力性能有著非常重要的影響，因此葉輪液壓裝置的優(yōu)化，具有非常重要的研究意義。
目前國內(nèi)外有學(xué)者已經(jīng)將近似預(yù)測模型，和智能優(yōu)化算法應(yīng)用于一些泵模型，以此來優(yōu)化設(shè)計并提高泵的性能。
外國的科學(xué)家們對單級離心泵的流體動力學(xué)特性進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)當(dāng)該泵受到定時效應(yīng)變化規(guī)律的影響時，便會出現(xiàn)一個既可以增加泵揚程和效率又可以降低壓力脈動強度的最佳位置。
這些科學(xué)家們還研究了五級離心泵中葉輪的正時效應(yīng)，以及正時效應(yīng)引起的泵級之間的疊加效應(yīng)，但是他們發(fā)現(xiàn)，在這個時候泵的揚程和效率變化不大，但是振動頻率和振幅變化很大。
有人對葉片擴散器在不同時序位置時，對于圓形外殼周長進(jìn)行了研究，并且跟據(jù)研究結(jié)果，生成了一套理論。
科學(xué)家們基于上述分析方法，將多級潛水井泵做為研究對象，為提高潛水井泵的性能和效率，以及開發(fā)新型泵模型提供了依據(jù)和參考，那么新的模型該如何建立呢？
國外的科學(xué)家們對多級潛水井泵進(jìn)出口段，葉輪，空間導(dǎo)葉組件等進(jìn)行流體計算域模型，將出入口部分的長度設(shè)置為出入口直徑的 4 倍，從而使流體充分發(fā)育。
科學(xué)家們還使該泵的第一級進(jìn)水口采用非預(yù)旋轉(zhuǎn)流，第二級后的進(jìn)水口則采用旋轉(zhuǎn)流，因此第二級的內(nèi)部流型就可以代表后續(xù)的所有流型。
后續(xù)仿真計算的基礎(chǔ)是網(wǎng)格描繪，網(wǎng)格的質(zhì)量將會直接影響仿真結(jié)果，非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格分布較隨機，可以生成簡單快速，靈活，可以適應(yīng)各種復(fù)雜的幾何形狀。
但是非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格也存在著一些問題，它的局部網(wǎng)格劃分質(zhì)量較差，從而導(dǎo)致整體網(wǎng)格質(zhì)量差，并且還會伴隨著數(shù)量大，計算求解時間長等問題。
結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格需要依賴模型的塊拓?fù)洌@將會導(dǎo)致網(wǎng)格劃分更的復(fù)雜和耗時，但科學(xué)家們考慮到其規(guī)則的節(jié)點分布，并且所需的時間更短，所以還是采用了結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分方法進(jìn)行網(wǎng)格劃分。
這樣一來大多數(shù)的網(wǎng)格單元就會具有相對接近的縱橫比，并且網(wǎng)格的整體形狀也會更加平衡。
其中的平均翹曲因子用來表示網(wǎng)格單元形狀的變形程度，在該模型中，平均翹曲因子為數(shù)值較低，這表明大多數(shù)網(wǎng)格單元的形狀相對較好，沒有明顯的變形或變形。
為了分析泵的壓力脈動變化的規(guī)律，科學(xué)家們將四個監(jiān)測點，分別設(shè)置在入口和出口中心位置附近的二級葉輪流道中，以及入口和出口區(qū)域中心位置附近的二級空間導(dǎo)流道中。
為了驗證模型和仿真參數(shù)設(shè)置的合理性和準(zhǔn)確性，科學(xué)家們搭建了潛水井泵性能實驗測試平臺，其中要包括智能壓力變送器、電磁流量計、電動調(diào)節(jié)閥、電子電動執(zhí)行機構(gòu)等。
在開始測試之前，科學(xué)家們將潛水井泵放入水中，運行潛水井泵使管道排出空氣，之后才關(guān)閉閥門，實驗從零流量開始，然后閥門開度逐漸增加，流量也在由小到大遞增。
在這一過程中，采集到的流量數(shù)據(jù)還是比較穩(wěn)定的，科學(xué)家們得到一個結(jié)論，在標(biāo)準(zhǔn)工作條件下，收集的數(shù)據(jù)點較多，而在小流量和大流量條件下，收集的數(shù)據(jù)點數(shù)量相對較少。
由于該模型是兩階段模型，實驗?zāi)Ｐ褪橇A段模型，因此接下來的步驟就是將仿真獲得的兩階段數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為六階段模型。
在標(biāo)準(zhǔn)工況下，實驗結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果基本一致，模擬結(jié)果略低于實驗結(jié)果，但是最大誤差不超過3%，同時仿真效率略高于實驗效率，最大誤差不超過3.4%。
這些數(shù)據(jù)表明仿真結(jié)果是完全可以替代實驗試驗結(jié)果的，并且可以預(yù)測潛水井泵的實際性能，這一數(shù)據(jù)也進(jìn)一步的為仿真實驗提供了依據(jù)。
仿真測試與實驗測試出現(xiàn)誤差的主要原因是，一個受計算機配置和網(wǎng)格量的影響，而另一個則是受仿真模型簡化的影響。
但是影響井用潛水泵水力性能的幾何參數(shù)還有很多，包括進(jìn)出口放置角度、進(jìn)出口直徑、出口寬度、葉片包絡(luò)角、正時位置等因素。
其中葉輪入口和出口直徑，將對空間導(dǎo)葉的組裝和潛水井泵的徑向尺寸產(chǎn)生影響，所以它們不被視為此設(shè)計優(yōu)化的目標(biāo)參數(shù)。
科學(xué)家們采用專用軟件的篩選試驗實驗設(shè)計模塊，對葉輪進(jìn)出口放置角度、出口寬度、葉片包裹角和正時位置進(jìn)行顯著性分析。
因此科學(xué)家們就可以通過本次模擬實驗得知，潛水井泵的性能想要提升，應(yīng)該從案方面下手，應(yīng)該如何去改進(jìn)，這對潛水井泵的發(fā)展起到了很大的推動作用。
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