基于NSGA-Ⅱ算法的軸流式葉片優(yōu)化設計.pdf

1、轉輪是水輪機的核心部件,轉輪設計的好壞直接關系到水輪機的效率、運行穩(wěn)定性和空化性能。為了提高水輪機的總體性能,水輪機轉輪的水力設計理論與方法一直是水力機械研究領域關注的熱點。本文針對軸流式水輪機葉片的水力優(yōu)化設計方法進行研究,綜合Bezier曲線參數(shù)化技術,全三維粘性CFD計算方法和NSGA-Ⅱ遺傳算法,發(fā)展了一種基于NSGA-Ⅱ的適用于軸流式轉輪葉片的CAD-CFD聯(lián)合的多目標水力優(yōu)化設計方法。該方法以軸流式轉輪葉片的形狀參數(shù)為優(yōu)化變

2、量,以轉輪的能量性能和空化性能為目標函數(shù),將NSGA-Ⅱ遺傳算法引入作為優(yōu)化工具來實現(xiàn)葉片的多目標優(yōu)化設計。這種多目標水力優(yōu)化設計方法的優(yōu)化過程全部由計算機仿真完成,提高了設計工作的效率。將ZZ440軸流式轉輪葉片作為優(yōu)化設計的對象,以Bezier曲線參數(shù)化技術為基礎,采用了葉片進口邊沿軸向變化、葉片進口邊沿軸向和周向變化、葉片進出口邊分別在軸向和周向同時變化的三種參數(shù)化方法對軸流式葉片進行了表達,然后分別將這三種方法表達的軸流式葉片與

3、具有NSGA-Ⅱ算法的CAD-CFD聯(lián)合優(yōu)化方法相結合進行了軸流式葉片的多目標優(yōu)化設計,并對三種參數(shù)化方法的優(yōu)化結果進行比較,發(fā)現(xiàn)將葉片的進出口邊位置都作為設計變量參加優(yōu)化的參數(shù)化方法是相對來說最好的。接下來,采用本方法進行了某電站水輪機模型活動導葉的水力性能優(yōu)化設計。優(yōu)化后導葉流道的進出口總壓損失減少了26.97％,并且導葉表面上的最低靜壓力值上升了34.176%。優(yōu)化后的導葉不僅流動損失減少了,而且也具有了更好的空化性能。計算結果表