【摘要】：科技的發(fā)展伴隨著人們對(duì)能源需求的增大,同時(shí)也使人們對(duì)能源有更深入的認(rèn)識(shí),不再局限于單一的煤炭、石油等傳統(tǒng)能源形式,清潔能源的開(kāi)發(fā)和利用越來(lái)越得到人們的重視。其中,潮汐能的可預(yù)測(cè)性以及可靠性日益受到人們的重視,當(dāng)前對(duì)潮汐能利用的主要形式為潮汐電站。如何綜合考慮各個(gè)工況之間的聯(lián)系,平衡發(fā)電工況與抽水工況之間的關(guān)系是雙向潮汐電站最重要的問(wèn)題之一。同時(shí),綜合考慮發(fā)電工況和抽水工況也有助于對(duì)潮汐電站有更清晰的認(rèn)識(shí),方便進(jìn)行多工況優(yōu)化。本文借鑒已有雙向貫流式機(jī)組以及對(duì)水泵水輪機(jī)多工況優(yōu)化的研究成果,建立了針對(duì)雙向貫流式機(jī)組轉(zhuǎn)輪葉片的優(yōu)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括幾何參數(shù)化建模模塊、流場(chǎng)計(jì)算模塊、有限元分析模塊、流體域與固體域耦合模塊以及系統(tǒng)優(yōu)化,優(yōu)化的設(shè)計(jì)變量為轉(zhuǎn)輪葉片的形狀,目標(biāo)函數(shù)為轉(zhuǎn)輪水力性能中的效率和水壓力以及結(jié)構(gòu)性能中的應(yīng)力,對(duì)正向水輪機(jī)工況以及反向水泵工況進(jìn)行聯(lián)合優(yōu)化,在ISIGHT平臺(tái)通過(guò)多目標(biāo)遺傳算法實(shí)現(xiàn)雙向貫流式水輪機(jī)的正反工況聯(lián)合優(yōu)化。本文通過(guò)對(duì)四次Bezier曲線翼型骨線的控制實(shí)現(xiàn)葉片的型線修改,從而實(shí)現(xiàn)雙向貫流式水泵水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片的參數(shù)化。葉片的參數(shù)化過(guò)程由UG通過(guò)GRIP語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)。本文以葉片七個(gè)翼型骨線的21個(gè)撓度參數(shù)、厚度變量以及進(jìn)口偏移量為優(yōu)化設(shè)計(jì)變量,優(yōu)化目標(biāo)為水力效率的最大值、水壓力的最小值以及結(jié)構(gòu)應(yīng)力的最大值,對(duì)正向水輪機(jī)工況和反向水泵工況進(jìn)行聯(lián)合優(yōu)化。優(yōu)化結(jié)果顯示,優(yōu)化后轉(zhuǎn)輪葉片的水力效率以及最小水壓力均有所提高;與優(yōu)化前相比,轉(zhuǎn)輪葉片的最大應(yīng)力有所減少,轉(zhuǎn)輪總體性能得到提升。該優(yōu)化為開(kāi)展雙向貫流式水輪機(jī)的多工況聯(lián)合優(yōu)化提供依據(jù),進(jìn)一步論證了雙向貫流式機(jī)組多個(gè)工況聯(lián)合優(yōu)化的可行性。
【學(xué)位授予單位】：西安理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TK733.8
【圖文】：

從而控制幾何[67-68]。該方法的參數(shù)化結(jié)果與原始翼影響到參數(shù)化后模型的幾何形狀，參數(shù)化翼型的光翼型的光滑程度越高則參數(shù)化翼型的光滑程度越半徑以及后緣角等參數(shù)沒(méi)有辦法進(jìn)行更改[69]。解對(duì)翼型進(jìn)行描述[70]。行了很多對(duì)于翼型參數(shù)化方法的研究，并且其中的中。國(guó)內(nèi)大部分對(duì)于水力機(jī)械的翼型參數(shù)化方法都基礎(chǔ)上加厚度，從而完成翼型的參數(shù)化過(guò)程[71]。翼方程來(lái)進(jìn)行骨線的擬合，因此國(guó)內(nèi)外也有很多對(duì)于的型線有圓弧、雙曲線、多項(xiàng)式、貝塞爾曲線、B 文在借鑒之前三階貝塞爾曲線的基礎(chǔ)上提出了四制翼型骨線，以便更好的對(duì)雙向貫流式機(jī)組轉(zhuǎn)輪葉率以及導(dǎo)葉翼型的厚度來(lái)調(diào)節(jié)導(dǎo)葉的幾何形狀，從詳細(xì)介紹參數(shù)化擬合的過(guò)程�；�

圖 2-2 截面翼型示意圖Fig. 2-2 Sectional airfoil schematic最終，本文由四次貝塞爾曲線擬合后生成的參數(shù)化轉(zhuǎn)輪葉片的設(shè)計(jì)變量為01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 0 maxX ( x , x , x , x , x , x , x , x , x , x , x , x , x , x , x , x , x , x , x , x , x , P , T),其中 Tmax為葉片厚度，P0為葉片進(jìn)口偏移量，xi,i=(1,2,3,...,21)為翼型的幾何變量。綜上所述，轉(zhuǎn)輪葉片各個(gè)設(shè)計(jì)變量的初始數(shù)據(jù)如下表 2-1 所示：表 2-1 轉(zhuǎn)輪葉片設(shè)計(jì)變量初始值Table 2-1 Runner blade design variable initial value變量名 初始值 變量名 初始值P00.0 X110.644236Tmax1.0 X120.628019X010.377903 X130.310762X020.664519 X140.663642X030.651407 X150.519375

優(yōu)化系統(tǒng)各模塊以及優(yōu)化算法介紹圖 3-5 耦合模塊操作流程Fig. 3-5 Operation program of coupling module3.5 轉(zhuǎn)輪系統(tǒng)優(yōu)化模塊的實(shí)現(xiàn)本文的整個(gè)優(yōu)化系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)是在 ISIGHT 軟件中完成的。該軟件集成了參數(shù)化階段所需的 UG，流體域計(jì)算的 CFX、固體域計(jì)算的 APDL 以及耦合模塊的 EXE 程序。本文的優(yōu)化系統(tǒng)在整個(gè)優(yōu)化過(guò)程中自動(dòng)進(jìn)行優(yōu)化，節(jié)省了大量的時(shí)間，整個(gè)設(shè)計(jì)優(yōu)化的節(jié)奏大大加快。操作流程示意圖如圖 3-6 所示。date-in-out.exe將水壓力文件 export.csv 轉(zhuǎn)換為press1.txt 文件編寫(xiě)并輸出 second.lgw 文件運(yùn)行 cfxpost.bat 批處理文件，生成水壓力文件 export.csv

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