軸流泵葉輪的多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、水泵葉輪的設(shè)計(jì)涉及多個(gè)學(xué)科,其中水力性能設(shè)計(jì)和機(jī)械設(shè)計(jì)是葉輪設(shè)計(jì)過程中最突出、最有代表性的問題。隨著對(duì)水泵穩(wěn)定性要求的日益提高,傳統(tǒng)的串行模式優(yōu)化設(shè)計(jì)化方法已經(jīng)很難滿足設(shè)計(jì)要求。本文借鑒國(guó)內(nèi)外其它領(lǐng)域多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化(MDO)的研究成果上,將MDO納入了水泵葉輪優(yōu)化設(shè)計(jì)中,對(duì)葉輪多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化進(jìn)行了初步的探索研究。
　　論文首先綜合分析了多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化常用的六種方法的數(shù)學(xué)模型、結(jié)構(gòu)框架,并分析了每個(gè)方法的優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍。然后結(jié)合軸

2、流泵葉輪的設(shè)計(jì)特性,建立了基于多學(xué)科可行方法的軸流泵葉輪優(yōu)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)。
　　所建立的多學(xué)科設(shè)計(jì)系統(tǒng)統(tǒng)集成了幾何參數(shù)化、網(wǎng)格自動(dòng)生成、流體仿真、應(yīng)力計(jì)算和系統(tǒng)優(yōu)化六大模塊。幾何參數(shù)化模塊的主要作用是生成幾何模型并為優(yōu)化提供變量;網(wǎng)格自動(dòng)生成模塊主要是對(duì)計(jì)算域進(jìn)行自動(dòng)劃分網(wǎng)格;流體仿真以及應(yīng)力計(jì)算模塊分別用來評(píng)估葉片的流動(dòng)性能以及強(qiáng)度性能;系統(tǒng)優(yōu)化模塊的主要作用是為優(yōu)化系統(tǒng)進(jìn)行尋優(yōu)。
　　在系統(tǒng)優(yōu)化過程中,葉輪葉片基于UG的二次

3、開發(fā)grip語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)參數(shù)化,通過骨線變化達(dá)到修改葉片的目的,從而實(shí)現(xiàn)葉輪的參數(shù)化。以葉片的形狀參數(shù)為優(yōu)化變量,以水力性能和結(jié)構(gòu)性能為目標(biāo)函數(shù),進(jìn)行多學(xué)科分析及耦合信息傳遞,通過 NSGA-II遺傳算法進(jìn)行尋優(yōu)得到最終優(yōu)化結(jié)果。
　　優(yōu)化結(jié)果表明,在不同工況下優(yōu)化后葉片的效率、揚(yáng)程、葉片表面最低壓力值、葉片最大應(yīng)力較初始化葉片都有明顯的改善,優(yōu)化的結(jié)果是可以接受的,證明了論文所提出的葉片多學(xué)科優(yōu)化方法的可行性,也為葉輪葉片的多學(xué)科優(yōu)