寻找上级泵站最佳母管管径策略优化

金海泵站的母管变化范围是3200～4800mm，倾角的变化范围是60°～120°。寻优的目的是要找到最佳的母管管径和最佳的转弯角度，这属于多参数寻优的过程。

（1）优化过程

为了寻找金海泵站母管的最佳管径和转弯角度，虽然上节得到了母管管径与水头损失、角度变化与水头损失的关系，但是都是单一参数对系统水头损失的影响。而实际情况中，母管管径和倾角是耦合在一起的，研究单一参数的影响显然不够准确。为了同时得到最佳的母管管径和最佳转弯倾角，需要采用更精确的寻优方法——ANSYS Workbench寻优算法。

采用最佳运行方案（编号1、2、5、8、9）的水泵配置方式，研究不同母管管径、倾角的影响，并进而确定管径的阻力系数，母管管径的变化范围为3200～4800mm、倾角的变化范围为60°～120°。因为要同时研究转弯角度和母管管径两个参数对整个系统的影响，所以可以用ANSYS Workbench多目标优化的算法来研究这个问题。具体步骤如下：

①通过Design Modeler建模软件，建立参数化模型。对母管管径和右边管道的转弯角度参数化，母管管径的寻优范围是3200～4400mm，转弯角度的寻优范围是60°～120°，得到的模型如图7-16所示。

图7-16 几何模型

图7-17 网格

②生成网格如图7-17所示，网格数量级为3.2E5。(www.xing528.com)

③边界条件。由上节可知水泵最佳配置方式采用编号1、2、5、8、9的水泵配置方式。粗糙度为0.3mm，边界无滑移。上端的两个入口给压力边界条件，下端1、2、5、8、9出口的流速为1.511m／s。其他出口设置成壁面。

（2）优化结果

与南汇北泵站的寻优过程类似，再次使用Workbench软件，利用Workbench寻优算法进行精确计算，再和选取的离散点的计算结果做对比。不同母管管径下的功率损失拟合曲线如图7-18所示。

图7-18 不同母管管径下的功率损失拟合曲线

X轴是管径，变化范围为3200～4400mm（由于上端进口的管径为3200mm，为了满足与母管相贯，所以母管的最小管径也必须是3200mm）；Y轴是角度，变换范围为60°～120°；Z轴表示功率损失。

利用计算母管局部阻力系数的公式计算得到母管的局部阻力系数ζ=3.2。

Workbench寻优算法给出的最佳的转弯角度是90°，最佳母管管径是4400mm。