农业机械学报

作者：杨洋，张宽地，姚田成，李柯，吕宏兴，王蒙

单位：西北农林科技大学,西北农林科技大学,西北农林科技大学,西北农林科技大学,西北农林科技大学,西北农林科技大学,

关键词：流线型量水槽;体型优化;数值模拟;神经网络;NSGA-Ⅱ遗传算法

基金：国家自然科学基金项目（41877076、52179079）、中央高校基本科研业务费专项资金项目（2022HHZX003）和陕西省水利厅科技计划项目（2023slkj-5）

Myring流线型在水下航行器领域应用较为广泛，而量水槽在渠道中的受阻状态与潜水器潜行时受到的阻力情况具有一定的相似之处，因此本文借鉴潜水器的结构特点进行量水槽体型设计，探究量水槽受阻最小的较优线型。基于FLOW-3D软件，采用最优拉丁超立方设计方法，以流线型的收缩段长度和锐度因子、扩散段长度和离去角为变量设计了40组数值模拟方案，得到对应的水头损失百分比和上游佛汝德数。以数值模拟变量为输入、结果为输出，训练RBF神经网络，结合NSGA-Ⅱ遗传算法获得Patero前沿解，通过TOPSIS评价法筛选出最优解并得出其线形参数：优化模型收缩段长度为45.9cm、收缩段锐度因子为0.74、扩散段长度为49.2cm、扩散段离去角为14.63°，并通过等比例缩放得到6组收缩比，在9组流量下进行模型试验分析水力性能。结果表明，优化后线型过流较顺畅，水力性能较优，预测结果和模拟结果误差不超过5%；不同工况下上游佛汝德数均小于0.5，满足测流规范要求，收缩比为0.58~0.66时各项水力性能均较优；基于临界流测流和量纲分析原理得到的测流公式精度较高，平均相对误差为2.09%。本研究证明了将流线型运用于量水槽领域研究以及通过神经网络和遗传算法寻优的可行性，优化后Myring流线型量水槽具有良好的性能和测流精度，在灌区渠道中具有较好的运用前景。

来源：2024年第4期

《农业机械学报》期刊编辑部

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