【摘要】： 葉柵作為葉輪機(jī)械熱功轉(zhuǎn)換的基本單元,其氣動(dòng)設(shè)計(jì)理論與設(shè)計(jì)方法的研究,一直是國內(nèi)外葉輪機(jī)械氣動(dòng)熱力學(xué)領(lǐng)域關(guān)注的重點(diǎn)。隨著計(jì)算流體力學(xué)和現(xiàn)代優(yōu)化計(jì)算方法的飛速發(fā)展,葉輪機(jī)械的優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)得到了快速發(fā)展。但是葉輪機(jī)械的氣動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)仍然是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的研究領(lǐng)域。本論文基于商業(yè)軟件NUMECA和iSIGHT優(yōu)化平臺(tái)開發(fā)了一個(gè)適用于于葉輪機(jī)械的全三維優(yōu)化設(shè)計(jì)系統(tǒng),主要開展了以下幾個(gè)方面的工作: 首先,使用NUMECA軟件包中的Autoblade和Autoblade_fitting模塊將參考葉片進(jìn)行參數(shù)化。將葉片積疊線用雙角度控制曲線進(jìn)行擬合,選取了五個(gè)關(guān)鍵截面,每個(gè)截面葉型采用with endline的構(gòu)造線定義模式來定義,中弧線定義為由四個(gè)控制參數(shù)構(gòu)造的4次Bezier曲線,壓力面和吸力面都是關(guān)于中弧線的B樣條曲線。這為后續(xù)優(yōu)化設(shè)計(jì)工作提供了優(yōu)化設(shè)計(jì)變量。 其次,研究了NUMECA與iSIGHT的集成問題,將三維流體力學(xué)計(jì)算軟件與優(yōu)化平臺(tái)相結(jié)合,開發(fā)出一個(gè)三維氣動(dòng)優(yōu)化系統(tǒng)。系統(tǒng)包括三大部分:幾何模型控制模塊、網(wǎng)格自動(dòng)生成模塊、數(shù)值計(jì)算模塊。 再次,提出和實(shí)現(xiàn)了適用于葉輪機(jī)械全三維設(shè)計(jì)的組合優(yōu)化方法。該組合優(yōu)化方法分為4個(gè)階段:對(duì)變量使用正交矩陣法進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)(DOE)分析階段、自適應(yīng)模擬退火算法(ASA)全局搜索階段、響應(yīng)面(RSM)近似建模階段,以及RSM和序列二次規(guī)劃法(NLPQL)相結(jié)合的局部尋優(yōu)階段。通過采用DOE方法,深入研究了設(shè)計(jì)變量的變化如何影響目標(biāo)函數(shù)和約束,獲取設(shè)計(jì)空間性質(zhì),抓住優(yōu)化問題的主要矛盾,減小了葉片氣動(dòng)優(yōu)化問題的規(guī)模;對(duì)于葉輪機(jī)械葉片氣動(dòng)優(yōu)化這種非線性多峰優(yōu)化問題,單純采用某種常規(guī)的數(shù)值優(yōu)化算法不能夠有效得到全局最優(yōu)解,通過采用ASA法進(jìn)行全局搜索是得到初始近似全局解的有效途徑;通過RSM方法擬合復(fù)雜的響應(yīng)關(guān)系,平滑設(shè)計(jì)空間“噪聲”,防止數(shù)值優(yōu)化方法陷入局部極值點(diǎn),從而獲得了良好的魯棒性和適應(yīng)性;在局部尋優(yōu)階段,采用了全三維流場數(shù)值模擬程序?qū)颇Ｐ瓦M(jìn)行校正,用NLPQL方法對(duì)近似模型進(jìn)行局部尋優(yōu),既保證了氣動(dòng)性能分析的精度,又大大減少了實(shí)際數(shù)值模擬的總計(jì)算時(shí)間。 最后,使用本文所開發(fā)的優(yōu)化系統(tǒng),以某級(jí)動(dòng)力渦輪葉片為參考葉片,對(duì)其進(jìn)行了三維氣動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)。優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果表明,優(yōu)化葉片的氣動(dòng)性能較參考葉片明顯提高。表明本文的氣動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法,是獲得低損失高性能葉片的有效途徑。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類號(hào)】：TH122
【圖文】：

Pierret.5.等人提出了采用B樣條構(gòu)造二維葉型，采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和 ZDNaVier一StokeS流場數(shù)值模擬程序組合的葉片優(yōu)化系統(tǒng)，并成功的應(yīng)用在壓氣機(jī)二維葉型的設(shè)計(jì)優(yōu)化中。圖1.2是他們采用的二維葉片參數(shù)化模型。圖1.3是該系統(tǒng)的流程圖，其氣動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的步驟為:吮藝i“e雌。亡卜亡之ioe一、rv件:’:份1呼嶸玩zier~、介圖1.2二維葉型參數(shù)模型性 性能要求 求 PPPt，聲:，刀萬Rez眾卜 ... JJJL何適烈 烈 烈烈烈烈烈烈烈烈烈烈烈刊刊“卜卜卜 卜 卜數(shù)取庫 庫刊刊刊刊’.’優(yōu)價(jià).卜 扦 扦扦扦扦扦扦扦扦扦扦扦 4444444444444444411經(jīng)網(wǎng)路 ANNNN優(yōu) 優(yōu) 優(yōu)優(yōu)化化 化化州。 ...... }}}}}}}}}}}}}}}學(xué)淵習(xí)卜 淵 學(xué)學(xué)學(xué)習(xí)習(xí) 習(xí) NNN:，ie一、 5to瞼‘50]v‘了了 葉 葉片飲能評(píng)價(jià) 價(jià) 圖1.3基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、CFD和優(yōu)化算法的二維葉片設(shè)計(jì)優(yōu)化系統(tǒng)流程圖

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和 ZDNaVier一StokeS流場數(shù)值模擬程序組合的葉片優(yōu)化系統(tǒng)，并成功的應(yīng)用在壓氣機(jī)二維葉型的設(shè)計(jì)優(yōu)化中。圖1.2是他們采用的二維葉片參數(shù)化模型。圖1.3是該系統(tǒng)的流程圖，其氣動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的步驟為:吮藝i“e雌。亡卜亡之ioe一、rv件:’:份1呼嶸玩zier~、介圖1.2二維葉型參數(shù)模型性 性能要求 求 PPPt，聲:，刀萬Rez眾卜 ... JJJL何適烈 烈 烈烈烈烈烈烈烈烈烈烈烈刊刊“卜卜卜 卜 卜數(shù)取庫 庫刊刊刊刊’.’優(yōu)價(jià).卜 扦 扦扦扦扦扦扦扦扦扦扦扦 4444444444444444411經(jīng)網(wǎng)路 ANNNN優(yōu) 優(yōu) 優(yōu)優(yōu)化化 化化州。 ...... }}}}}}}}}}}}}}}學(xué)淵習(xí)卜 淵 學(xué)學(xué)學(xué)習(xí)習(xí) 習(xí) NNN:，ie一、 5to瞼‘50]v‘了了 葉 葉片飲能評(píng)價(jià) 價(jià) 圖1.3基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、CFD和優(yōu)化算法的二維葉片設(shè)計(jì)優(yōu)化系統(tǒng)流程圖

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前2條

1 武玉維;TY4250載貨汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化匹配[D];太原理工大學(xué);2010年

2 韓緒軍;渦輪葉片冷卻結(jié)構(gòu)參數(shù)化及帶肋通道優(yōu)化設(shè)計(jì)[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2011年

本文編號(hào)：2736203