高水頭長(zhǎng)短葉片混流式轉(zhuǎn)輪短葉片的多學(xué)科優(yōu)化.pdf

1、轉(zhuǎn)輪是水力機(jī)組的核心部件，也是水電運(yùn)行中最容易受到破壞的部件。新型轉(zhuǎn)輪需要盡量提高效率，改善空蝕、磨蝕和應(yīng)力集中等問(wèn)題以改善整體性能，達(dá)到機(jī)組安全、經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行指標(biāo)。帶有短葉片的轉(zhuǎn)輪具有高效區(qū)較寬、振動(dòng)小、抗空蝕磨損等優(yōu)勢(shì)，發(fā)展前景廣闊。
　　在水力機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程中，優(yōu)化中的兩個(gè)重要的學(xué)科是水力性能和結(jié)構(gòu)性能。為了探索更好的水輪機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)路線，縮短研發(fā)周期，確保機(jī)組穩(wěn)定、高效運(yùn)轉(zhuǎn)，本文基于多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，同時(shí)考慮水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的水

2、力性能和結(jié)構(gòu)性能，對(duì)高水頭混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪短葉片進(jìn)行多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)。本文采用CFD計(jì)算與FEM分析相結(jié)合的優(yōu)化流程，以提升轉(zhuǎn)輪整體性能，優(yōu)化中將包括上冠下環(huán)在內(nèi)的轉(zhuǎn)輪整體考慮進(jìn)去，以得到與實(shí)際更接近的應(yīng)力分布。
　　通過(guò)采用UG二次開(kāi)發(fā)的Open Grip語(yǔ)言編譯程序?qū)θ~片幾何進(jìn)行參數(shù)化，運(yùn)用：Bezier曲線擬合葉片各截面幾何翼型骨線，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)輪的參數(shù)化。優(yōu)化自變量為短葉片翼型骨線外形、翼型頭部偏移量、翼型相對(duì)厚度，約束條件為進(jìn)出

3、口總壓差，優(yōu)化目標(biāo)為轉(zhuǎn)輪效率、轉(zhuǎn)輪葉片最低靜壓值和轉(zhuǎn)輪最大靜應(yīng)力，進(jìn)行學(xué)科間耦合信息傳遞及各學(xué)科的分析，運(yùn)用NSGA-Ⅱ多目標(biāo)遺傳算法展開(kāi)全局尋優(yōu)從而得到最終優(yōu)化結(jié)果。
　　本文基于NSGA-Ⅱ多目標(biāo)遺傳算法分別對(duì)三個(gè)工況下的轉(zhuǎn)輪進(jìn)行優(yōu)化，再通過(guò)超傳遞近似法對(duì)不同幾何在三個(gè)工況下的優(yōu)化目標(biāo)進(jìn)行加權(quán)，對(duì)加權(quán)目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行比較，最終的優(yōu)化幾何選取大流量工況下優(yōu)化的幾何。優(yōu)化后的結(jié)果顯示，優(yōu)化后的轉(zhuǎn)輪效率得到提高，最低靜壓得到提升，最大靜