本發(fā)明屬于水力發(fā)電系統(tǒng)，具體涉及一種利用擬合二次函數(shù)進行水輪機導(dǎo)葉優(yōu)化的方法。

背景技術(shù)：

1、水輪機導(dǎo)葉在水力發(fā)電系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用，直接影響著水輪機的性能、效率和可靠性。合理設(shè)計和優(yōu)化的導(dǎo)葉能夠提高水輪機的運行效率，降低能源損失，延長設(shè)備壽命，從而更好地滿足能源生產(chǎn)的需求。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所為了解決背景技術(shù)中存在的技術(shù)問題，目的在于提供了一種利用擬合二次函數(shù)進行水輪機導(dǎo)葉優(yōu)化的方法。

2、為了解決技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是：

3、一種利用擬合二次函數(shù)進行水輪機導(dǎo)葉優(yōu)化的方法，所述方法包括：

4、s1：在ug軟件中構(gòu)建不同導(dǎo)葉數(shù)量水輪機幾何模型；

5、s2：導(dǎo)入在ug中生成的導(dǎo)葉幾何模型，在star-ccm+中進行數(shù)值模擬，利用數(shù)值模擬獲取不同導(dǎo)葉個數(shù)下的性能數(shù)據(jù)；

6、s3：對收集到的數(shù)據(jù)進行分析，確定數(shù)據(jù)的特征和變化規(guī)律，篩選有效的數(shù)據(jù)集；

7、s4：利用收集的數(shù)據(jù)集建立二次函數(shù)模型f(x)＝ax2+bx+c，其中，x為葉片數(shù)，f(x)為效率。

8、s5：通過最小化實際效率與擬合效率之間的誤差平方和來確定最佳的二次函數(shù)參數(shù)，使用優(yōu)化算法，找到最佳參數(shù)a、b、c。

9、進一步，所述步驟s1包括：

10、啟動ug軟件；

11、創(chuàng)建新零件文件；

12、使用草圖工具在平面上繪制導(dǎo)葉的幾何形狀，包括輪廓、形狀；

13、按照需要將導(dǎo)葉數(shù)量設(shè)定為不同值進行建模；

14、對每個模型進行參數(shù)化設(shè)計，以便后續(xù)快速調(diào)整和修改；

15、完成建模后，檢查幾何模型的完整性，確保沒有重疊或錯誤。

16、進一步，所述步驟s2包括：

17、打開star-ccm+軟件，創(chuàng)建一個新項目；

18、將在ug中創(chuàng)建的導(dǎo)葉模型導(dǎo)入star-ccm+；

19、設(shè)置計算域，定義流動邊界條件，包括流入、流出條件；

20、使用自動網(wǎng)格劃分工具對導(dǎo)葉進行網(wǎng)格劃分，確保網(wǎng)格足夠細化以捕捉流體的特征；

21、選擇合適的物理模型，定義流體的物理屬性；

22、配置求解器的參數(shù)，以保證仿真穩(wěn)定；

23、運行數(shù)值模擬并收集輸出數(shù)據(jù)，記錄不同導(dǎo)葉數(shù)量下的水輪機效率數(shù)據(jù)。

24、進一步，所述步驟s3包括：

25、導(dǎo)出數(shù)據(jù)：將仿真得到的性能數(shù)據(jù)導(dǎo)出為excel或csv文件；

26、數(shù)據(jù)清洗：去除異常值、格式化數(shù)據(jù)，檢查數(shù)據(jù)的完整性；

27、數(shù)據(jù)分析：使用統(tǒng)計軟件讀取數(shù)據(jù)集，生成初步圖表，觀察不同導(dǎo)葉參數(shù)下的性能變化趨勢，保存處理后的數(shù)據(jù)集，包括導(dǎo)葉數(shù)量及其對應(yīng)的效率值。

28、進一步，所述步驟s5包括：

29、將二次函數(shù)擬合模型導(dǎo)入相關(guān)的數(shù)學(xué)工具庫，采用python中的numpy或scipy，然后使用這些工具定義二次函數(shù)，并基于收集到的數(shù)據(jù)集進行參數(shù)估計，找出最優(yōu)的參數(shù)值(a、b、和c)，使得函數(shù)能夠很好地擬合實際數(shù)據(jù)；

30、基于得到的擬合的參數(shù)，評估擬合的質(zhì)量，通過計算均方誤差mean?squarederror，mse和決定系數(shù)r2來衡量擬合的效果，mse用于量化預(yù)測值與實際值之間的誤差；而r2值則表示解釋變量對因變量變異的解釋比例，值越接近于1，擬合效果越好；

31、調(diào)整擬合：根據(jù)評估結(jié)果，如果發(fā)現(xiàn)擬合效果不佳，例如，mse較高或r2值較低，考慮通過以下方式進行調(diào)整：

32、增加函數(shù)的階數(shù)，使用三次函數(shù)或更高階的多項式；

33、重新進行參數(shù)估計，尋找最優(yōu)解，確保模型能夠更好地捕捉數(shù)據(jù)的規(guī)律；

34、最后，為了驗證擬合模型的適用性和準確性，將擬合的二次函數(shù)或經(jīng)過調(diào)整后的函數(shù)應(yīng)用到新的數(shù)據(jù)集上，收集與這些新數(shù)據(jù)相關(guān)的實際效率值，并與模型預(yù)測值進行比較，再次計算mse和r2值，以確認模型在新的數(shù)據(jù)集上的擬合效果，從而檢驗其通用性。

35、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：

36、本發(fā)明具有以下優(yōu)點：1.簡化優(yōu)化過程：將導(dǎo)葉優(yōu)化規(guī)律擬合成二次函數(shù)可以簡化優(yōu)化過程，減少計算復(fù)雜度，提高優(yōu)化效率。2.數(shù)學(xué)表達清晰：二次函數(shù)形式簡單清晰，參數(shù)易于理解和調(diào)整，有利于工程師和研究人員理解導(dǎo)葉優(yōu)化規(guī)律的特征。3.局部最優(yōu)解：二次函數(shù)在一定范圍內(nèi)能夠較好地擬合導(dǎo)葉優(yōu)化規(guī)律，有助于找到局部最優(yōu)解，提高導(dǎo)葉設(shè)計的性能。4.靈活性：二次函數(shù)具有一定的靈活性，可以通過調(diào)整系數(shù)來適應(yīng)不同的導(dǎo)葉設(shè)計要求，實現(xiàn)定制化的導(dǎo)葉設(shè)計。5.數(shù)學(xué)分析便捷：二次函數(shù)具有較好的數(shù)學(xué)性質(zhì)，便于進行數(shù)學(xué)分析和推導(dǎo)，有利于深入研究導(dǎo)葉設(shè)計的優(yōu)化過程。6.工程應(yīng)用廣泛：二次函數(shù)作為常見的數(shù)學(xué)模型，在工程領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用，將導(dǎo)葉優(yōu)化規(guī)律擬合成二次函數(shù)有利于工程實踐中的應(yīng)用和推廣。

技術(shù)特征：

1.一種利用擬合二次函數(shù)進行水輪機導(dǎo)葉優(yōu)化的方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用擬合二次函數(shù)進行水輪機導(dǎo)葉優(yōu)化的方法，其特征在于，所述步驟s1包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用擬合二次函數(shù)進行水輪機導(dǎo)葉優(yōu)化的方法，其特征在于，所述步驟s2包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用擬合二次函數(shù)進行水輪機導(dǎo)葉優(yōu)化的方法，其特征在于，所述步驟s3包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用擬合二次函數(shù)進行水輪機導(dǎo)葉優(yōu)化的方法，其特征在于，所述步驟s5包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種利用擬合二次函數(shù)進行水輪機導(dǎo)葉優(yōu)化的方法，旨在通過數(shù)值模擬和數(shù)學(xué)建模提高水輪機的效率。首先，在計算機輔助設(shè)計軟件UG中，對不同數(shù)量的導(dǎo)葉進行建模，以生成多種幾何配置。隨后，利用STAR?CCM+軟件對每種配置進行流體動力學(xué)模擬，收集導(dǎo)葉在不同工況下的效率數(shù)據(jù)。通過數(shù)據(jù)處理，得到導(dǎo)葉數(shù)量與效率之間的關(guān)系，并采用Python中的科學(xué)計算庫進行二次函數(shù)擬合，目標是確定最優(yōu)的函數(shù)參數(shù)a、b、c。根據(jù)擬合結(jié)果，進行優(yōu)化分析，最終找到能夠最大化水輪機效率的導(dǎo)葉最佳數(shù)量。該方法不僅為水輪機的設(shè)計提供了一種科學(xué)和高效的優(yōu)化手段，同時在其他流體設(shè)備的設(shè)計與優(yōu)化方面也具有良好的應(yīng)用前景。

技術(shù)研發(fā)人員：葉長亮,施健,王陽,劉治杰,楊春霞,鄭源
受保護的技術(shù)使用者：河海大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6