(19)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 202110291616.9 (22)申请日 2021.03.18 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 113048086 A (43)申请公布日 2021.06.29 (73)专利权人 江苏大学 地址 212013 江苏省镇江市京口区学府路 301号 (72)发明人 刘东雷　刘胜吉　王建　 (51)Int.Cl. F04D 25/08(2006.01) F04D 17/16(2006.01) F04D 29/28(2006.01) F04D 29/30(2006.01) F04D 29/66(2006.01)G06F 30/27(2020.01) (56)对比文件 CN 102072196 A,201 1.05.25 CN 10946 0629 A,2019.0 3.12 CN 111188793 A,2020.0 5.22 CN 202659563 U,2013.01.09 US 20173 63091 A1,2017.12.21 CN 105117564 A,2015.12.02 EP 1692962 A1,20 06.08.23 CN 111046504 A,2020.04.21 审查员 王坤 (54)发明名称 一种基于径向基神经网络模型的低噪声不 等距离心风扇优化设计方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于径向基神经网络模 型的低噪声不等距离心风扇优化设计方法， 包 括： 参数化设计不等距离心风扇三维初始模型； 数值分析风扇流场域， 获取原始风扇气动噪声级 大小及风扇性能参数； 以风扇相邻叶片间距为设 计变量， 最优拉丁超立方方法进行样本点试验设 计； 选用优化分析集成平台， 批量模拟分析风扇 流场， 风扇气动 噪声与风扇性能为响应输出， 采 集样本数据； 拟合样本分析结果， 构建径向基神 经网络近似模型； 以风扇噪声级最小为优化目 标， 静压及流量为约束函数， 基于近似模 型， 运用 存档微遗传算法(AMGA)对冷却风扇相邻叶片间 距进行优 化设计， 通过选 取帕雷托(Pareto)解集 最优解， 得到最优不等距低噪声离心风扇优化设 计方案。 权利要求书5页 说明书8页 附图3页 CN 113048086 B 2022.05.20 CN 113048086 B 1.一种基于径向基神经网络模型的低噪声不等距离心风扇优化设计方法， 其特征在 于， 包括如下步骤： S1， 初始设计不 等距离心风扇三维参数化数字模型； S2， 基于计算流体与计算声学方法数值模拟不等距离心风扇工作流场， 获取风扇流场 性能参数与噪声 级大小； S3， 以相邻叶片间距为设计变量， 风扇性能参数与噪声级大小为输出响应， 最优拉丁超 立方方法进行不 等距叶片布局样本点设计； S4， 通过集成优化分析平台ISIGHT， 根据样本点数据， 建立径向基神经网络 近似模型； S5， 运用存档微遗传算法AMGA， 以风扇噪声级最小为优化目标， 静压及流量等风扇性能 参数为约束函数， 对不 等距冷却风扇叶片间距进行优化分析， 获得Pareto 最优解集； S6， 选取Pareto 最优解， 获取最优不 等距风扇结构模型； 所述S1的具体实现包括： S1.1， 设计等距离心风扇， 包括叶盘、 27个叶片及定位柱； S1.2， 设计不等距叶片初始布局： 将叶片均分为3组， 相邻叶片间距参数分布定义为ω1 至ω8， 分组内以相 邻叶片角度最大变化值不超过等距布局时 ±10％为原则， 以等差递减方 式不等距布置， 初始不等距离心风扇叶间距分别定义为ω1＝17 °、 ω2＝16 °、 ω3＝15 °、 ω4 ＝14°、 ω5＝13°、 ω6＝12°、 ω7＝11°、 ω8＝10 °； S1.3， 绘制小型风冷内燃机导风罩、 飞轮、 主轴箱、 缸盖、 导风板、 启动杯等离心风扇主 要关联部件及试验测试风筒三维模型， 根据各关联部件在整机中的位置关系进行装配， 提 取由离心风扇 、 离心风扇关联部件与测试风筒共同包围的区域， 建立初始不等距离心风扇 气动噪声分析流场域 三维模型。 2.根据权利要求1所述的一种基于径向基神经网络模型的低噪声不等距离心风扇优化 设计方法， 其特 征在于， 所述S2的具体实现包括： S2.1， 采用ANSYS  Workbench有限元综合分析软件， 将不等距离心风扇气动噪声数值分 析流场域三 维模型文件导入到 Geometry子模块， 然后通过Mesh子模块对流场域模 型进行网 格划分， 网格划分后转入到Fluent子模块， 在该模块下选取瞬态分析模式， 大涡模拟(LES) 湍流求解模 型； 开启廉姆 ‑霍金斯方程(FW ‑H)声学模型； 设定离心 风扇旋转区域为动网格形 式， 设置压力进 出口边界条件， 风扇转速 设定为发动机额定转速3600转/ 分钟； 以进口流量、 进出口静压、 风扇扭矩系数为参数化输出结果数据； 求解方法采用PISO方法， 二阶迎风式， 数值模拟初始不等距设计离心 风扇工作流场， 获取离心风扇流场进口流量、 进 出口静压、 风 扇扭矩系数等性能参数及瞬态风扇压力脉动数据； 仿真计算结果不等距初始设计风扇静压 Pst＝204.0Pa、 流 量Q＝0.090782Kg/s、 风扇效率 ηst＝16.87％； S2 .2， 采用上述方法模拟计算原等距风扇风扇静压Pst＝205 .8Pa、 流量Q＝ 0.091726Kg/s、 风扇效率 ηst＝16.9 9％； S2.3， 在结果分析选项中选择傅里叶变换(FFT)， 按照往复式内燃机声压法声功率级的 测定标准， 设置噪声测试观测点， 对瞬态风扇压力脉动结果进 行换算， 得到不等距初始 风扇 观测点产生的气动脉冲噪声级 大小最大值为76.8dB， 原 等距风扇噪声级在观测点出最大值 为78.1dB， 将模拟分析 结果保存成*.wbpj文件格式。 3.根据权利要求1所述的一种基于径向基神经网络模型的低噪声不等距离心风扇优化权　利　要　求　书 1/5 页 2 CN 113048086 B 2设计方法， 其特 征在于， 所述S3的具体实现包括： S3.1， 在ISIGHT软件中选择试验设计模块， 依次添加CATIA、 ANSYS  Workbench、 Caculator应用组件， 以集成CAT IA、 ANSYS  Workbench应用程序； 利用CAT IA组件解析不等距 离心风扇流场域三维模型*.Catpart文件， 将不等距风扇离心风扇分组内叶片 间距设置为 输入变量， 相邻叶片间距变量从大到小， 分别用ω1至 ω8表示； S3.2由ANSYS  Workbench组件解析不等距离心风扇气动噪声分析*.wbpj文件， 将流场 模拟分析结果数据风扇流量、 进出口静压、 风扇扭矩系数、 噪声级大小等设置为输出变量； 将CATIA中不等距离心风扇流场域三维模型存档文件*.Catpart指定为ANSYS  Workbench中 风扇气动噪声流场分析的几何模型输入文件， 建立设计不等距离心 风扇输入变量与风扇气 动噪声分析输出 结果之间的映射关系； S3.3在试验设计模块中， 采用最优拉丁超立方方法进行样本点试验设计， 样本点采集 个数为30个， 相 邻叶片间距参数ω1至ω8为设计因子， 初始 不等间距 为基准线， 因子以基准 线±20％变化， 设计的样本点如下表1所示： 表1权　利　要　求　书 2/5 页 3 CN 113048086 B 3