(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202110620556.0 (22)申请日 2021.06.03 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 113435133 A (43)申请公布日 2021.09.24 (73)专利权人 华中科技大 学 地址 430074 湖北省武汉市洪山区珞喻路 1037号 (72)发明人 王嘉冰　杨昆　周博文　曾琳琅　 王超尘　 (74)专利代理 机构 华中科技大 学专利中心 42201 代理人 夏倩 (51)Int.Cl. G06F 30/28(2020.01) G06F 30/27(2020.01)G06F 30/23(2020.01) G06F 30/17(2020.01) G06N 3/12(2006.01) G06T 17/20(2006.01) (56)对比文件 CN 110750855 A,2020.02.04 CN 112231836 A,2021.01.15 CN 106934087 A,2017.07.07 CN 112507471 A,2021.0 3.16 WO 2016055743 A1,2016.04.14 CN 107563074 A,2018.01.09 CN 112395700 A,2021.02.23 黄驰等.基于遗传算法的贯 流风机蜗壳型线 优化研究. 《工程热物理学报》 .2020,第41卷(第5 期),第1110-1115页. 审查员 贾慧敏 (54)发明名称 一种螺旋槽管优化方法 (57)摘要 本发明公开了一种螺旋槽管优化方法， 属于 螺旋槽管换热优化领域。 本发明通过对螺旋槽形 状的整体优化， 可以获得性能提升更大的优化螺 旋槽管， 具体地， 通过样条曲线对螺旋槽型线进 行参数化描述， 可以获得对控制点坐标变化更加 敏感的型线， 从而满足对型线精细调节优化的要 求。 本发明采用遗传算法对优化目标值中较优的 螺旋槽型线进行筛选， 进而可以对筛选出的螺旋 槽型线对应的坐标进行选择和交叉和/或变异获 得优化螺旋槽管型线， 同时可以对优化螺旋槽型 线再次迭代计算优化目标， 可以获得更加优异的 螺旋槽管型线； 同时采用代理模 型来预测每代种 群的性能参数， 代替了 大量的CFD计算过程， 节约 了计算资源， 缩短了优化周期， 提高了优化过程 的效率。 权利要求书1页 说明书6页 附图3页 CN 113435133 B 2022.04.26 CN 113435133 B 1.一种螺 旋槽管优化方法， 其特 征在于， 包括： S1.采用基于控制点的样条曲线对螺 旋槽管中的螺 旋槽型线进行参数化； S2.以各控制点坐标作为优化变量， 并根据应用需求确定优化目标； 所述控制点坐标满 足约束条件： 后一控制点的横坐标 大于前一控制点的横坐标； S3.从优化变量组成的多维变量空间中采样设定数量的样本， 并对每个样本计算优化 目标对应的性能参数； S4.利用样本及对应的性能参数训练代理模型并验证其 准确性； S5.采用遗传算法和代理模型对优化变量进行迭代优化直至达到终止条件， 得到优化 螺旋槽型线； 其中， 每代种群的适应度通过训练好的代理模型 预测得到； S6.对优化螺旋槽型线 的螺旋槽管进行CFD数值计算， 获得真实性能参数， 将其与遗传 算法输出的性能参数进 行对比， 若误差在预设范围内， 则结束； 否则， 补充 更多样本， 返回执 行步骤S4。 2.根据权利要求1所述的一种螺 旋槽管优化方法， 其特 征在于， 步骤S1包括： 采用如下表达式对螺 旋槽管中的螺 旋槽型线进行参数化： Si(x)＝a1i+a2i(x‑xi)+a3i(x‑xi)2+a4i(x‑xi)3+...+a(n+1)i(x‑xi)n if xi≤x≤xi+1 Si(x)为由m+1个控制 点(xi,yi)组成的n阶样条曲线， 在每个控制点处0～n ‑1阶连续， i ＝0,1,...,m， aji表示多项式前的系数， j＝1,. ..,n+1； 将控制点 坐标无因次化， Xi＝xi/W， Yi＝yi/W， W为槽宽。 3.根据权利要求2所述的一种螺 旋槽管优化方法， 其特 征在于， m≥2。 4.根据权利要求2或3所述的一种螺 旋槽管优化方法， 其特 征在于， n≥3 。 5.根据权利要求2 ‑4任一项所述的一种螺旋槽管优化方法， 其特征在于， 槽宽方向起点 和终点除外的各中间控制点的无因次纵坐标Yi需满足以下 条件： 0≤Yi≤0.5。 6.根据权利要求5所述的一种螺旋槽管优化方法， 其特征在于， 将各控制点的部分或者 全部横坐标固定， 当控制点的横坐标固定时， 只选取其 纵坐标为优化变量； 当控制点的横坐 标不固定时， 选其横坐标和纵坐标为优化变量。 7.根据权利要求1 ‑6任一项所述的一种螺旋槽管优化方法， 其特征在于， 所述优化目标 包括综合 性能系数PE C、 努塞特 数或阻力系数中的一个或多个组合。 8.根据权利要求1 ‑7任一项所述的一种螺旋槽管优化方法， 其特征在于， 通过正交实验 设计、 拉丁超立方采样或均匀采样的方法从优化变量组成的多维变量空间中采样设定数量 的样本。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 113435133 B 2一种螺旋槽管优化方 法 技术领域 [0001]本发明属于 螺旋槽管换热优化领域， 更 具体地， 涉及一种螺 旋槽管优化方法。 背景技术 [0002]换热器在各个工业中不仅是保证生产过程正常运转的必不可少的一环， 在各种换 热设备中， 管壳式换热器具有 结构简单、 成本低、 材料选择范围广、 制造容易等优点， 已被广 泛使用。 螺旋槽管是管壳式换热器中的一个重要换热元件， 是一种优秀的高效异形强化传 热管。 换热设备 的强化传热技术指的是通过各种 方式提高换热设备在单位时间内、 消 耗单 位功率所达到的换热量。 通过强化换热技术可以获得更高的设备换热性能和/或减小传热 装置的尺寸。 一般来说， 这些技术可以分为两类:主动技术和被动技术。 螺旋槽管是被动传 热强化技术之一， 并且是在若干传热应用中最广泛使用的换热管之一。 随着中国经济的不 断发展和换 热需求的不断提高， 对螺 旋槽管的强化对流换 热性能提出了更高的要求。 [0003]对于螺旋槽管的优化来说， 目前较为常规的优化方法是通过实验 或数值仿真的方 法对不同的槽深和螺距、 螺旋角等结构参数 的螺旋槽管进行研究， 获得优化的螺旋槽管参 数组合。 优化螺旋槽管一般只关注螺旋槽管的主要参数， 如直径、 槽深、 螺距、 螺旋角等， 对 于螺旋槽的形状优化研究现在主要是针对一些预先给定的固定形状进行对比研究， 如矩 形、 半圆弧形、 三角形、 梯形等。 螺旋槽管的槽形状对其换热有重要的影响， 现有的螺旋槽形 状优化研究中没有考虑到螺旋槽形状的所有变化， 从而限制了对螺旋槽管的强化换热性能 的优化效果。 发明内容 [0004]针对现有技术的以上缺陷或改进需求， 本发明提供了一种螺旋槽管优化方法， 其 目的在于提高螺 旋槽管的综合换 热性能。 [0005]为实现上述目的， 本发明提供了一种螺 旋槽管优化方法， 包括： [0006]S1.采用基于控制点的样条曲线对螺 旋槽管中的螺 旋槽型线进行参数化； [0007]S2.以各控制点坐标作为优化变量， 并根据应用需求确定优化目标； 所述控制点坐 标满足约束条件： 后一控制点的横坐标 大于前一控制点的横坐标； [0008]S3.从优化变量组成的多维变量空间中采样设定数量的样本， 并对每个样本计算 优化目标对应的性能参数； [0009]S4.利用样本及对应的性能参数训练代理模型并验证其 准确性； [0010]S5.采用遗传算法和代理模型对优化变量进行迭代优化直至达到终止条件， 得到 优化螺旋槽型线； 其中， 每代种群的适应度通过训练好的代理模型 预测得到； [0011]S6.对优化螺旋槽型线的螺旋槽管进行CFD数值计算， 获得真实性能参数， 将其与 遗传算法输出的性能参数进 行对比， 若误差在预设范围内， 则结束； 否则， 补充 更多样本， 返 回执行步骤S4。 [0012]进一步地， 步骤S1包括：说　明　书 1/6 页 3 CN 113435133 B 3