双向贯流式水轮机正反工况联合优化设计

发布时间：2020-07-22 16:19

【摘要】：科技的发展伴随着人们对能源需求的增大,同时也使人们对能源有更深入的认识,不再局限于单一的煤炭、石油等传统能源形式,清洁能源的开发和利用越来越得到人们的重视。其中,潮汐能的可预测性以及可靠性日益受到人们的重视,当前对潮汐能利用的主要形式为潮汐电站。如何综合考虑各个工况之间的联系,平衡发电工况与抽水工况之间的关系是双向潮汐电站最重要的问题之一。同时,综合考虑发电工况和抽水工况也有助于对潮汐电站有更清晰的认识,方便进行多工况优化。本文借鉴已有双向贯流式机组以及对水泵水轮机多工况优化的研究成果,建立了针对双向贯流式机组转轮叶片的优化设计系统。该系统包括几何参数化建模模块、流场计算模块、有限元分析模块、流体域与固体域耦合模块以及系统优化,优化的设计变量为转轮叶片的形状,目标函数为转轮水力性能中的效率和水压力以及结构性能中的应力,对正向水轮机工况以及反向水泵工况进行联合优化,在ISIGHT平台通过多目标遗传算法实现双向贯流式水轮机的正反工况联合优化。本文通过对四次Bezier曲线翼型骨线的控制实现叶片的型线修改,从而实现双向贯流式水泵水轮机转轮叶片的参数化。叶片的参数化过程由UG通过GRIP语言实现。本文以叶片七个翼型骨线的21个挠度参数、厚度变量以及进口偏移量为优化设计变量,优化目标为水力效率的最大值、水压力的最小值以及结构应力的最大值,对正向水轮机工况和反向水泵工况进行联合优化。优化结果显示,优化后转轮叶片的水力效率以及最小水压力均有所提高;与优化前相比,转轮叶片的最大应力有所减少,转轮总体性能得到提升。该优化为开展双向贯流式水轮机的多工况联合优化提供依据,进一步论证了双向贯流式机组多个工况联合优化的可行性。
【学位授予单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TK733.8
【图文】：

从而控制几何[67-68]。该方法的参数化结果与原始翼影响到参数化后模型的几何形状，参数化翼型的光翼型的光滑程度越高则参数化翼型的光滑程度越半径以及后缘角等参数没有办法进行更改[69]。解对翼型进行描述[70]。行了很多对于翼型参数化方法的研究，并且其中的中。国内大部分对于水力机械的翼型参数化方法都基础上加厚度，从而完成翼型的参数化过程[71]。翼方程来进行骨线的拟合，因此国内外也有很多对于的型线有圆弧、双曲线、多项式、贝塞尔曲线、B 文在借鉴之前三阶贝塞尔曲线的基础上提出了四制翼型骨线，以便更好的对双向贯流式机组转轮叶率以及导叶翼型的厚度来调节导叶的几何形状，从详细介绍参数化拟合的过程。化建模

图 2-2 截面翼型示意图Fig. 2-2 Sectional airfoil schematic最终，本文由四次贝塞尔曲线拟合后生成的参数化转轮叶片的设计变量为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为叶片厚度，P0为叶片进口偏移量，xi,i=(1,2,3,...,21)为翼型的几何变量。综上所述，转轮叶片各个设计变量的初始数据如下表 2-1 所示：表 2-1 转轮叶片设计变量初始值Table 2-1 Runner blade design variable initial value变量名 初始值 变量名 初始值P00.0 X110.644236Tmax1.0 X120.628019X010.377903 X130.310762X020.664519 X140.663642X030.651407 X150.519375

优化系统各模块以及优化算法介绍图 3-5 耦合模块操作流程Fig. 3-5 Operation program of coupling module3.5 转轮系统优化模块的实现本文的整个优化系统的实现是在 ISIGHT 软件中完成的。该软件集成了参数化阶段所需的 UG，流体域计算的 CFX、固体域计算的 APDL 以及耦合模块的 EXE 程序。本文的优化系统在整个优化过程中自动进行优化，节省了大量的时间，整个设计优化的节奏大大加快。操作流程示意图如图 3-6 所示。date-in-out.exe将水压力文件 export.csv 转换为press1.txt 文件编写并输出 second.lgw 文件运行 cfxpost.bat 批处理文件，生成水压力文件 export.csv

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本文编号：2766055