压气机优化平台建立与跨音速压气机气动优化设计

发布时间：2020-06-03 08:39

【摘要】：气动优化设计技术是叶轮机械设计中的一个重要的研究方向,风扇/压气机气动优化设计技术,在推动高性能航空轴流压气机的发展上具有重要的作用。随着计算流体力学和现代优化计算方法的飞速发展,叶轮机械的优化设计技术得到了快速发展。但是叶轮机械,尤其是跨音速轴流压气机叶片的气动优化设计仍然是一个具有挑战性的研究领域。本论文应用iSIGHT优化平台进行了轴流压气机一维、准三维气动优化设计,同时基于商业软件NUMECA的叶轮机械全三维优化设计平台Design3D,以已有跨音速轴流压气机转子叶片为参考叶片,对其进行了三维叶片优化设计研究,主要开展了以下几个方面的工作: 首先,本文研究了轴流压气机的一维、准三维气动设计计算方法,将压气机计算程序和iSIGHT集成,建立了压气机优化平台。针对压气机设计的特点,采用基于快速非劣解排序和精英策略的多目标遗传算法(NSGA-II)作为压气机设计的优化方法,以总绝热效率最大化为目标函数,将其应用于轴流压气机的一维、准三维的优化设计中。 其次,采用Numeca的FINE/Turbo计算软件对原始叶型进行了三维数值模拟。计算结果表明,计算软件Fine/Turbo能很好的预测跨音速轴流压气机的总性能及内部流场结构,保证了计算的可靠性。由此可以看出在此基础上进行优化设计是可行的,并为以后的优化设计工作奠定了基础。通过将六个不同叶展处(叶根、10%叶展、32%叶展、61%叶展、85%叶展和叶尖)的叶型进行径向积叠生成三维叶片来参数化参考叶片。中弧线定义为3次B样条曲线。压力面和吸力面都是关于中弧线的高阶Bezier曲线。这为后续优化设计工作提供了优化设计变量。 最后,采用三维N-S方程流场计算、网格自动生成、三维叶片参数化造型与人工神经网络和遗传算法寻优相结合的方法,以总绝热效率最大为目标函数,对参考叶片进行了周向积叠规律和三维叶片型线优化设计。优化设计结果表明,优化叶片的气动性能较参考叶片明显提高,可以达到控制激波的强度和位置的目的,削弱了流动分离,减少了流动损失,使叶轮整体性能都得到了提高。表明本文的气动优化设计方法,是获得低损失高效率性能的叶片的有效途径。
【图文】：

图 3-1 遗传算法流程图成初始群体。不能直接处理解空间的数据，所以需要把解空间因型的串结构数据。编码方式有二进制编码和十个体都是通过随机方法产生的，初始群体形成进。应度函数的评价。数是遗传算法中评价个体优劣的依据，适应度的代的机会的多少，也就是说适应度函数设计的优作。依据适应度从当前群体选出优良个体，使它们有作借用了适者生存的进化原则，即个体适应度越常用的选择机制有随机竞争选择、排序选择、等。作。

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文个个体的优劣。其具体准则为：如果个体 Xi 的排序高于个体 Xj，于 Xj，如果两个体排序相同，那么密度估一计值较大的个体为优。证整个算法在不断搜索最优解集的同时，兼顾了种群的多样性。结施，将比较运算符应用于二元竞赛选择，得到所需的交配集合，，然行交义、变异等遗传操作，即可生成新的种群。NSGA-11 流程图如所示：
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TH45

【引证文献】

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1 许天帮;燃气轮机加级方案研究及气动设计[D];哈尔滨工程大学;2011年

本文编号：2694571