壓氣機(jī)葉片氣動優(yōu)化設(shè)計(jì)方法研究.pdf

1、隨著計(jì)算流體力學(xué)數(shù)值模擬能力的不斷提高，將其與數(shù)值最優(yōu)化理論相結(jié)合而形成的一種多學(xué)科氣動優(yōu)化設(shè)計(jì)方法越來越得到廣泛的研究與應(yīng)用?；诖?，本文采用CFD方法、全三維的葉片參數(shù)化造型方法以及不同的最優(yōu)化方法相結(jié)合的策略，構(gòu)建了適用于葉輪機(jī)械葉片的全三維自動優(yōu)化設(shè)計(jì)體系。該體系包括兩種優(yōu)化方法：一是基于試驗(yàn)設(shè)計(jì)和響應(yīng)面模型的快速高效優(yōu)化方法；二是基于遺傳算法的全局性自動優(yōu)化方法。二者均可以達(dá)到降低損失、提高效率的優(yōu)化目的。隨后本文根據(jù)兩種優(yōu)化

2、方法的優(yōu)缺點(diǎn)和優(yōu)化結(jié)果的差異，探討了葉輪機(jī)械氣動優(yōu)化問題在不同要求下應(yīng)該選擇哪種合適的優(yōu)化方法。具體地，論文的主要工作如下：
　　一、采用基于有限體積法求解三維N-S方程、全隱式耦合求解方法、k-ε湍流模型的CFD計(jì)算模型對NASA Rotor37葉片進(jìn)行了氣動數(shù)值模擬，并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了校對，驗(yàn)證了所用計(jì)算模型的正確性，為接下來的氣動優(yōu)化奠定基礎(chǔ)。
　　二、采用三次 B樣條曲線對三維葉片進(jìn)行了參數(shù)化造型，通過調(diào)節(jié)樣條曲線的

3、主要控制點(diǎn)的縱坐標(biāo)大小，可以達(dá)到用很少的控制參數(shù)使葉片外形得到合理范圍內(nèi)的最大變化的目的，從而為接下來的氣動優(yōu)化做好鋪墊。
　　三、針對葉片氣動優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算量過大的問題，提出了基于響應(yīng)面近似模型的快速高效優(yōu)化設(shè)計(jì)體系。對經(jīng)過前面數(shù)值模擬分析的原始葉片進(jìn)行了以等熵效率最高為目標(biāo)函數(shù)、并滿足流量和總壓比約束條件的氣動優(yōu)化設(shè)計(jì)，詳細(xì)分析了優(yōu)化前后葉片氣動性能的改善，探討了該優(yōu)化體系所擁有的計(jì)算成本低的優(yōu)點(diǎn)和設(shè)計(jì)變量數(shù)目不能多的弱點(diǎn)。