文档介绍：湖南大学
硕士学位论文
基于ANN-GA的虹吸管道优化设计
姓名:李珍珠
申请学位级别:硕士
专业:机械设计及理论
指导教师:刘子建
20070430
基于 ANN-GA 的虹吸管道优化设计
摘要
座便器在人们日常生活中耗水量很大,研制一款优质而节水的座便器对于我
国的节水事业,社会的和谐发展都有着莫大的意义。本文运用现代流体动力学仿
真技术和人工智能方法开展对座便器虹吸管道的优化设计研究,并提出了双水封
的设想,旨在设计出具有很好虹吸效果的管道,也为水利机械领域的相关研究提
供一种新的方法和思路。
计算流体动力学仿真技术目前在流体机械等众多领域应用非常广泛。它有很
强的灵活性,能记录详细和完整的数据,很容易模拟出很多在实验中只能接近而
无法达到的理想条件,而且大大降低了研发费用,缩短产品开发周期,提高产品
设计开发率。对于仿真的可靠性,本文做了相关的实验,通过图像和数据对比做
了验证,说明了在一定程度上,仿真是能够代替实验的。
由于管道形状复杂,无法简单地用某个函数式表征出形状与虹吸效果,节水
功能之间的关系。本文首先通过实验与仿真进行统计分析,找出了三个对虹吸效
果有较大影响的参数,和两个能表征虹吸效果的参数作为优化目标,然后在
CFD 软件 FLUENT 中进行动力学仿真代替实验,取得 25 组样本值,作为神经网
络的训练样本,在 MATLAB 环境中设计得到 BP 网络,建立优化参数与目标之
间的函数映射关系,然后再利用遗传算法寻找最优值。
由于优化设计中涉及两个目标值,所以本文采用一种改进的遗传算法—基于
Pareto 的遗传算法,并加入了基于共享机制的小生境技术,最后得到一组 Pareto
非劣解集,可供决策者作不同偏好的选择。
在对单水封管道优化设计的同时本文构想了一种新型管道,即具有两道水封
的双水封管,并对其做了有关实验和仿真研究,验证了两个水封能够产生两次虹
吸,从而能大大改善虹吸效果,节约用水量。
关键词:虹吸管道优化设计;计算流体动力学;多目标遗传算法;神经网络;双
水封
II
硕士学位论文
Abstract
Closestool plays an important part in people’s model life, and its water
consumption rate is very high. To research and produce a type of closestool with high
quality, also saving water is vital for the water resources of the world. This paper
uses CFD (Computational Fluid Dynamics ) and artificial intelligence way to do
research on the optimization of the siphon. And this is also a new way of research in
the water machinery field.
CFD is widely used in many fields presently. It has strong agility, and can take
particular and integrity records of data .It can easily simulate many conditions that
can not be reached in experiment. And it can reduce outlays for research and design,
shorten cycle of the new product, advance the design rate of the product. In this
thesis, there are also many experiments data to prove the dependability of the
simulation.
Because of plexity of the siphon, it is impossible to make a normal
function between the shape and the effect of siphon. So firstly according to the
analysis of experi