О.Савин -- оптимизация архитектуры

ОАО «ВНИИХОЛОДМАШ-ХОЛДИНГ», 127410, Российская Федерация, г.Москва, Алтуфьевское шоссе, дом 79А,строение 3, тел./факс: (495) 663 16 50. www.vhm.ru e-mail: [email protected]

Оптимизация в архитектурных расчётах холодильных машин

Савин Олег ИгоревичВедущий инженер по моделированию

Содержание

2

1. Задачи оптимизации.

2. Примеры реализованных оптимизационных расчётов

элементов холодильной машины.

3. Рекомендации.

4. Перспективы дальнейших оптимизационных расчётов.


3






4

Задачи оптимизации

Довольно затруднительно расчленять оптимизационные задачи, т.к. этот постоянный и непрерывный процесс осязаемо или нет присутствует на всех стадиях проектирования. В общем и приближённом виде можно выделить следующую градацию:

1. Теплотехническая оптимизация холодильной машины. Оптимизируются термодинамические параметры-типы циклов, применяемые агенты, температурные напоры, расходы, скорости, приведённые затраты и т.п.

2. Теплотехническая оптимизация отдельных элементов оборудования ХМ. Оптимизируется как геометрия, масса, так и приведённые затраты.

3. Прочностная-оптимизируется 3D модель для получения умеренных напряжений в профиле.

4. Конструкторская оптимизация-наиболее оптимальная с точки зрения напряжений и гидравлических потоков конструкция.

5. Оптимизация стандартизованная-подбор наиболее экономически целесообразного сочетания из готовых элементов оборудования.

6. Выбор эмпирических коэффициентов экспериментов.

5

Критерии для выбора оптимизатора

Для выбора стороннего ПО по оптимизации я предъявлял следующие требования:

1. Наличие адаптивных процедур наравне с настраиваемыми алгоритмами оптимизации.

2. Возможность связывать между собой разнотипные модели и одновременно оптимизировать их-теплотехника, прочность, CFD.

3. Возможность распараллеливать задачи оптимизации для уменьшения времени расчёта по затратным моделям.

4. Решение многопараметризованных задач.

5. Устойчивость в работе при сбоях вычислений.

6. Дружественный, настраиваемый интерфейс.

6

Существующая и возможная реализация этапов оптимизации

Оптимизация Сегодняшняя реализация Возможная реализация

Теплотехническая ХМ Опыт проектировщика Программные комплексы на основе Modelica/Modelica+IOSO

Теплотехническая элементов

Опыт проектировщика+Modelica+IOSO

Modelica/Modelica+IOSO

Стандартизированная Опыт проектировщика Подбор на основе моделей Modelica

Прочностная Опыт проектировщика ANSYS/ANSYS+IOSO

Конструкторская Опыт проектировщика ANSYS/FlowVision/Numeca+IOSO

Эмпирическая Modelica/Modelica+IOSO Modelica/Modelica+IOSO

7

Первый возможный тип оптимизации холодильной машины

Оптимизация цикла

Расчёт и оптимизация центробежного компрессора при жёстких входных данных

Расчёт и оптимизация теплообменной аппаратуры при жёстких входных данных

8

Второй возможный тип оптимизации холодильной машины

Все расчётные параметры ХМ взаимно влияют друг на друга.


9






10

Пример реализованной оптимизации элемента ХМ

Тепловые данные

Расчёт теплообменника жидкость/жидкость по старым зависимостям

Расчёт поверхности

Создание конструкции под данную поверхность

Тепловые данные+при-

мерная конструкция

Расчёт теплообменника жидкость/жидкость по старым зависимостям

Расчёт процесса с

учётом реальной геометрии

Сравнение результатов

Уточняющий расчёт

11


При наличии параметрического чертежа проектируемого объекта появляются следующие виды взаимосвязи между двумя программными продуктами:Связывание геометрических параметров моделейиз Inventor->ANSYS и через оптимизатор в Modelica.

L

12


Теплофизика(жёсткие):Температуры, расходы носителей.

Теплоносители.Геометрия(жёсткие):

Геометрия трубок.Геометрия(варьируемые):

Длина труб, число труб, число перегородок, расстояние между

перегородками, высота окна перегородки.

-Минимизация поверхности;-Минимизация до нуля разницы

между реальной и требуемой поверхностью;

- Соотношение диаметра к длине аппарата ограничено с двух сторон;

- Гидравлические потери ограничены сверху.

-Напряжения в обечайки ограничены сверху.

Исходные данные: Оптимизационные критерии:

Modelica

ANSYS*Размеры обечайки аппарата(варьируемые)

Опт

имиз

атор

IOSO

*-3D модель создавалась в WorkBench Ansys

Общее-длина и диаметр обечайки

4

Результат оптимизации элемента ХМ

Оптимизация по подбору минимальной допустимой поверхности при реальных ограничениях по прочности, геометрии и сопротивлениям

КОНДЕНСАТОР (Modelica+IOSO)

Ограничение напряжения

14

Пример реализованной оптимизации элемента ХМ. Параметрическое исследование.

ЭКОНОМАЙЗЕР ВОДА/ФРЕОН(Modelica+IOSO)

Можно наблюдать область устраивающих решений-где dF начинает расти от нуля. Оптимальное решение начинается примерно от 1100 трубок.Ntt-число трубок.dF-разность требуемой и реальной поверхности.

15

Пример реализованного поиска эмпирического коэффициента

Выполнялся поиск коэффициента, связанного с геометрией «Т»-образной трубки для конденсатора.

Критерий: минимизация разности результатов расчета ММ и экспериментальных данных.

Идентифицируемые параметры: коэффициенты незнания Кi , влияющие на точность результатов расчета.

Modelica


16






17

Рекомендации после получения тестовых результатовПо результатам взаимодействия IOSO, Modelica, ANSYS я бы выделил следующее:• Оптимизировать при такой сложной иерархии ПО стоит только

архитектурные расчёты, либо отдельные элементы/профили. Оптимизировать машины и оборудование на более подробных уровнях неоправданно.

• Довольно часто оказывается полезным перед запуском оптимизации совершить несколько параметрических расчётов моделей. Это часто позволяет в ручном режиме отфильтровать наиболее вероятные области нахождений решений. Если при оптимизации ограничиться уже найденными областями, то это сократит время расчётов, а также повысит вероятность нахождения искомого экстремума или множества Парето.

• Сама оптимизационная задача должна ставиться только после тщательной проработки всех входящих в неё параметров. Человек, запускающий оптимизацию, должен соединять в себе знания теплотехника, гидравлика, прочниста и конструктора. В противном случае модель получится оптимизированная, но нереальная.


18






19

Будущая интеграция параметрических моделей

Моделирование потоков

20

Блок-схема будущей интеграция параметрических моделей

3D параметрическая модель объекта

создана в Inventor

Тепловая, гидравлическая модель создана в Modelica

Оптимизатор IOSO связывает параметры 3D модели и модели

Modelica между собой. И назначает им значения

В ANSYS производится прочностной расчёт по

3D геометрии из Inventor

Производится расчёт теплотехники и

гидравлики

Изменение параметров 3D модели и модели

Modelica

Сравнение результатов

Оптимизатор

21

Будущая CFD оптимизация

Расчёт нагрузок, расчёт распределения потоков.

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!

Engineering

О.Савин -- оптимизация архитектуры