压气机叶片气动优化设计方法研究

发布时间：2017-09-18 09:30

  本文关键词：压气机叶片气动优化设计方法研究

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【摘要】：随着计算流体力学数值模拟能力的不断提高,将其与数值最优化理论相结合而形成的一种多学科气动优化设计方法越来越得到广泛的研究与应用。基于此,本文采用CFD方法、全三维的叶片参数化造型方法以及不同的最优化方法相结合的策略,构建了适用于叶轮机械叶片的全三维自动优化设计体系。该体系包括两种优化方法:一是基于试验设计和响应面模型的快速高效优化方法;二是基于遗传算法的全局性自动优化方法。二者均可以达到降低损失、提高效率的优化目的。随后本文根据两种优化方法的优缺点和优化结果的差异,探讨了叶轮机械气动优化问题在不同要求下应该选择哪种合适的优化方法。具体地,论文的主要工作如下:一、采用基于有限体积法求解三维N-S方程、全隐式耦合求解方法、湍流模型的CFD计算模型对NASA Rotor 37叶片进行了气动数值模拟,并与实验结果进行了校对,验证了所用计算模型的正确性,为接下来的气动优化奠定基础。二、采用三次B样条曲线对三维叶片进行了参数化造型,通过调节样条曲线的主要控制点的纵坐标大小,可以达到用很少的控制参数使叶片外形得到合理范围内的最大变化的目的,从而为接下来的气动优化做好铺垫。三、针对叶片气动优化设计计算量过大的问题,提出了基于响应面近似模型的快速高效优化设计体系。对经过前面数值模拟分析的原始叶片进行了以等熵效率最高为目标函数、并满足流量和总压比约束条件的气动优化设计,详细分析了优化前后叶片气动性能的改善,探讨了该优化体系所拥有的计算成本低的优点和设计变量数目不能多的弱点。四、考虑到响应面方法对设计变量数目的限制性,建立了基于遗传算法的全局性自动优化设计体系。通过与响应面方法优化结果的对比,分析了两种优化方法的不同适用场合,以及遗传算法可以基本获得全局最优解的优点和计算量大的弱点。
【关键词】：响应面 遗传算法 气动优化 计算流体力学 等熵效率
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH45
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本文编号：874740