参数化驱动的压气机优化设计研究
发布时间：2021-04-21 12:49
设计具有低损失、高负荷和良好全工况性能的压气机，以及对扩压器和蜗壳进行气动性优化设计是关系到提高涡轮增压器效率的前沿课题。 本文以某涡轮增压器的压气机为研究对象，讨论了基于参数化驱动的流体分析组合优化技术的普遍意义。并以I-DEAS编程工具PRG的参数化驱动技术为平台，将复杂机械零件产品设计与分析中许多步骤自动集成，不仅提高了重分析效率，并为后续优化设计提供了参数化驱动基础。 首先在I-DEAS中利用PRG的特点及关键技术给出了参数化驱动的数学模型，并且划分有限元网格。接着，将有限元模型导入到计算流体力学软件FLUENT的前处理器GAMBIT中，设置流场边界条件，然后在FLUENT环境里对压气机蜗壳内的流场进行三维数值模拟，并进行气动优化设计。再将I-DEAS和FLUENT集成到大型智能优化平台iSIGHT中，进行优化重组。本文以扩压器叶片数和安装角度为设计变量，以增压比为目标函数，优化结果使压气机的增压比提高了5.6％。 该方法适合使用全三维粘性流动程序直接进行叶轮机械气动性能分析，并且能够有效研究设计变量对叶轮机械性能的影响，从而缩小优化问题规模，提高气动设计优化...
【文章来源】：大连交通大学辽宁省
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
第一章 绪论
1.1 项目提出的目的及意义
1.1.1 目的
1.1.2 意义
1.2 国内外压气机蜗壳设计及其气动性能分析现状
1.3 国内外压气机叶片扩压器设计及其气动性能分析现状
1.4 国内外CFD技术发展现状
1.5 本论文各部分主要内容
本章小结
第二章 压气机各零部件三维设计过程
2.1 I-DEAS软件介绍
2.2 压气机蜗壳与扩压器的三维设计
2.2.1 用等截面法优化蜗壳的子午截面尺寸
2.2.2 蜗壳子午截面参数的确立
2.2.3 叶片扩压器的三维造型
2.2.4 叶轮的三维造型
本章小结
第三章 参数化驱动介绍
3.1 参数化驱动的基本思想
3.2 参数化驱动的数学模型
3.3 I-DEAS内嵌的编程工具PRG
3.4 叶片扩压器的主要参数
本章小结
第四章 蜗壳、扩压器内的气动性能计算分析
4.1 计算流体力学简介
4.2 FLUENT软件介绍
4.3 CFD模拟
4.3.1 流体力学的三个基本控制方程
4.3.2 控制方程的离散化
4.3.3 湍流方程的设定
4.3.4 SIMPLE算法的设定
4.3.5 网格划分分析
4.3.6 叶轮出口边界条件计算
4.3.7 初始条件和边界条件的设定
本章小结
第五章 ISIGHT系统集成及结果分析
5.1 ISIGHT简介
5.2 ISIGHT集成
本章小结
第六章 基于DOE+GA+SQP的组合优化方法
6.1 优化问题描述及系统结构
6.1.1 优化问题描述
6.1.2 优化系统结构特点
6.2 试验设计（DOE）方法探索解空间
6.2.1 试验设计简介
6.2.2 正交试验设计法
6.3 遗传算法（GA）全局搜索
6.4 逐次二次规划法（SQP）局部寻优
6.6 采用GA+SQP的组合优化方案
本章小结
第七章 结果分析
本章小结
结论与展望
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]有叶增压器蜗壳内三维粘性可压缩流场的CFD模拟[J]. 杜爱民,田永祥,任洪娟. 内燃机工程. 2005(03)
[2]五种径向扩压器与同一离心压气机叶轮相互匹配的试验研究[J]. 周颂东. 燃气涡轮试验与研究. 2005(01)
[3]有叶扩压器的流场分析[J]. 杜建一,李雪松,初雷哲,赵晓路,徐建中. 工程热物理学报. 2005(01)
[4]椭圆型蜗壳设计与CFD分析[J]. 刘胜柱,李任飞,罗兴錡. 大电机技术. 2003(05)
[5]工程系统过程集成和设计优化——iSIGHT中的过程集成与设计自动化[J]. 耿建光. 军民两用技术与产品. 2002(11)
[6]正交试验设计法简介[J]. 徐仲安,王天保,李常英,暴丽艳,马青梅,苗玉宁. 科技情报开发与经济. 2002(05)
[7]压气机蜗壳通道中气流流动的数值模拟[J]. 韩占忠,赵福堂,华智刚. 内燃机学报. 2002(02)
[8]Java RMI原理及实现方法[J]. 曹军梅,曹建民. 延安大学学报(自然科学版). 2001(03)
[9]基于VC++的一种水轮机金属蜗壳的计算机辅助设计方法[J]. 朱云,柏斌. 陕西水力发电. 2001(01)
[10]增压器蜗壳出口流场测试分析[J]. 时存寿,孙晓辉,穆树茂,房克信,张锡朝,李国祥. 山东内燃机. 2000(01)
本文编号：3151787
【文章来源】：大连交通大学辽宁省
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
第一章 绪论
1.1 项目提出的目的及意义
1.1.1 目的
1.1.2 意义
1.2 国内外压气机蜗壳设计及其气动性能分析现状
1.3 国内外压气机叶片扩压器设计及其气动性能分析现状
1.4 国内外CFD技术发展现状
1.5 本论文各部分主要内容
本章小结
第二章 压气机各零部件三维设计过程
2.1 I-DEAS软件介绍
2.2 压气机蜗壳与扩压器的三维设计
2.2.1 用等截面法优化蜗壳的子午截面尺寸
2.2.2 蜗壳子午截面参数的确立
2.2.3 叶片扩压器的三维造型
2.2.4 叶轮的三维造型
本章小结
第三章 参数化驱动介绍
3.1 参数化驱动的基本思想
3.2 参数化驱动的数学模型
3.3 I-DEAS内嵌的编程工具PRG
3.4 叶片扩压器的主要参数
本章小结
第四章 蜗壳、扩压器内的气动性能计算分析
4.1 计算流体力学简介
4.2 FLUENT软件介绍
4.3 CFD模拟
4.3.1 流体力学的三个基本控制方程
4.3.2 控制方程的离散化
4.3.3 湍流方程的设定
4.3.4 SIMPLE算法的设定
4.3.5 网格划分分析
4.3.6 叶轮出口边界条件计算
4.3.7 初始条件和边界条件的设定
本章小结
第五章 ISIGHT系统集成及结果分析
5.1 ISIGHT简介
5.2 ISIGHT集成
本章小结
第六章 基于DOE+GA+SQP的组合优化方法
6.1 优化问题描述及系统结构
6.1.1 优化问题描述
6.1.2 优化系统结构特点
6.2 试验设计（DOE）方法探索解空间
6.2.1 试验设计简介
6.2.2 正交试验设计法
6.3 遗传算法（GA）全局搜索
6.4 逐次二次规划法（SQP）局部寻优
6.6 采用GA+SQP的组合优化方案
本章小结
第七章 结果分析
本章小结
结论与展望
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]有叶增压器蜗壳内三维粘性可压缩流场的CFD模拟[J]. 杜爱民,田永祥,任洪娟. 内燃机工程. 2005(03)
[2]五种径向扩压器与同一离心压气机叶轮相互匹配的试验研究[J]. 周颂东. 燃气涡轮试验与研究. 2005(01)
[3]有叶扩压器的流场分析[J]. 杜建一,李雪松,初雷哲,赵晓路,徐建中. 工程热物理学报. 2005(01)
[4]椭圆型蜗壳设计与CFD分析[J]. 刘胜柱,李任飞,罗兴錡. 大电机技术. 2003(05)
[5]工程系统过程集成和设计优化——iSIGHT中的过程集成与设计自动化[J]. 耿建光. 军民两用技术与产品. 2002(11)
[6]正交试验设计法简介[J]. 徐仲安,王天保,李常英,暴丽艳,马青梅,苗玉宁. 科技情报开发与经济. 2002(05)
[7]压气机蜗壳通道中气流流动的数值模拟[J]. 韩占忠,赵福堂,华智刚. 内燃机学报. 2002(02)
[8]Java RMI原理及实现方法[J]. 曹军梅,曹建民. 延安大学学报(自然科学版). 2001(03)
[9]基于VC++的一种水轮机金属蜗壳的计算机辅助设计方法[J]. 朱云,柏斌. 陕西水力发电. 2001(01)
[10]增压器蜗壳出口流场测试分析[J]. 时存寿,孙晓辉,穆树茂,房克信,张锡朝,李国祥. 山东内燃机. 2000(01)
本文编号：3151787
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