低壓軸流風機多目標多工況優(yōu)化設計研究.pdf

1、軸流風機因其流量大、噪聲低、運行穩(wěn)定廣泛應用于多種場合的通風換氣及消防排煙。但現(xiàn)有的軸流風機存在效率低，運行工況范圍窄的缺陷，難以滿足現(xiàn)代工業(yè)高效低耗的要求。因此現(xiàn)有風機如何采用CFD技術與優(yōu)化理論結合，實現(xiàn)高效性能范圍寬是開發(fā)節(jié)能產品的關鍵問題之一。本文以一款工業(yè)用低壓軸流風機為研究對象，基于CFD數值模擬計算結果，采用多目標多工況優(yōu)化設計方法對軸流風機進行改型，驗證構建的多目標多工況優(yōu)化系統(tǒng)的可行性及其優(yōu)化效果的同時，旨在提高軸流風

2、機的多個工況點的全壓、擴大高效區(qū)的范圍，改善流動的不穩(wěn)定性。
　?。?）通過數值模擬方法預測了三維全流道低壓軸流風機在整個流量范圍內的氣動性能，并對選用的數值策略、邊界條件、網格大小進行了驗證，表明在此基礎上進行數值優(yōu)化設計是可行的。
　?。?）構建了一套基于CFD流場計算的多目標多工況優(yōu)化設計的流程，通過軸流風機二維CLARKY翼型的多目標多工況優(yōu)化設計問題，詳細介紹了優(yōu)化數學模型（包括優(yōu)化變量、優(yōu)化約束、優(yōu)化目標）的構建

3、過程，對比分析了優(yōu)化流程中的采用不同試驗設計方法和不同近似模型對優(yōu)化結果的影響，為三維軸流風機的多目標多工況優(yōu)化設計提供技術指導。
　　（3）針對三維軸流風機的多目標多工況優(yōu)化問題，以一款單轉子軸流風機為研究對象，通過傅里葉函數、高斯函數和冪函數對翼型弦長、翼型圓弧半徑和翼型安放角沿葉片徑向的分布規(guī)律分別進行參數化，并選擇函數的系數為優(yōu)化變量。四個工況下的最小全壓、最低效率和最大功率為性能約束條件；四個工況下的加權效率和加權全壓為

4、優(yōu)化目標，并且基于模糊集理論確定四個不同工況下性能目標權重的加權因子；同時比較了三種不同的多工況處理方法的優(yōu)劣。采用近似模型和多目標遺傳優(yōu)化算法相結合的氣動數值優(yōu)化策略對模型風機進行多目標多工況優(yōu)化設計。最終優(yōu)化結果表明,優(yōu)化后風機整個流量范圍內的效率和全壓均有較大的提高，加權平均效率提高13.5％，加權平均壓力提高20.22%。
　　（4）對優(yōu)化前后風機的內流和動態(tài)特性展開研究，結果表明，優(yōu)化后風機內部流動狀況和小流量工況下的流