HARPPP：搅拌釜反应器叶轮与挡板的自主几何设计优化
流体动力学
2025-10-23 v1 计算物理
摘要
工业过程设备的几何设计与优化仍然缓慢且很大程度上是临界的：工程师一次对一个标准形状进行微调，构建原型，并期望获得增益。我们引入了 HARPPP，这是一种将紧凑、可编程的几何模型与功率控制的 CFD 和进化搜索相耦合的自主设计循环。该几何模型是一个单一的数学描述，它将每个标准叶轮作为特例再现，同时涵盖无限多种可制造的形状。HARPPP 与 Johnson Matthey 合作在一个工业容器上开展工作，在恒定功率 (3024 W) 下探索了 23 参数的叶轮-挡板空间，在 15 天内执行了 3,000 次模拟循环。该搜索发现了多个在混合强度和均匀性上均优于 Rushton/4 挡板基线的设计族，包括扭曲板叶轮和倾斜/弯曲挡板（强度增加 18 至 78 个百分点；均匀性变异系数 CoV 降低 16 至 64 个百分点）。清晰的强度-均匀性 Pareto 前沿显现，使得针对特定应用的选择成为可能。由于 HARPPP 将模拟器视为目标函数，因此在存在可靠物理模型的情况下，它可以推广到其他设备。
引用
@article{arxiv.2510.19004,
title = {HARPPP: Autonomous Geometric Design Optimisation of Stirred Tank Reactor Impellers and Baffles},
author = {A. Leonard Nicusan and Darren Gobby and Kit Windows-Yule},
journal= {arXiv preprint arXiv:2510.19004},
year = {2025}
}