基于NUMECA和iSIGHT的葉輪機(jī)械三維氣動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究.pdf

1、葉柵作為葉輪機(jī)械熱功轉(zhuǎn)換的基本單元，其氣動(dòng)設(shè)計(jì)理論與設(shè)計(jì)方法的研究，一直是國(guó)內(nèi)外葉輪機(jī)械氣動(dòng)熱力學(xué)領(lǐng)域關(guān)注的重點(diǎn)。隨著計(jì)算流體力學(xué)和現(xiàn)代優(yōu)化計(jì)算方法的飛速發(fā)展，葉輪機(jī)械的優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)得到了快速發(fā)展。但是葉輪機(jī)械的氣動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)仍然是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的研究領(lǐng)域。本論文基于商業(yè)軟件NUMECA和iSIGHT優(yōu)化平臺(tái)開(kāi)發(fā)了一個(gè)適用于于葉輪機(jī)械的全三維優(yōu)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)，主要開(kāi)展了以下幾個(gè)方面的工作： 首先，使用NUMECA軟件包中的Autobl

2、ade和Autoblade_fitting模塊將參考葉片進(jìn)行參數(shù)化。將葉片積疊線用雙角度控制曲線進(jìn)行擬合，選取了五個(gè)關(guān)鍵截面，每個(gè)截面葉型采用with endline的構(gòu)造線定義模式來(lái)定義，中弧線定義為由四個(gè)控制參數(shù)構(gòu)造的4次Bezier曲線，壓力面和吸力面都是關(guān)于中弧線的B樣條曲線。這為后續(xù)優(yōu)化設(shè)計(jì)工作提供了優(yōu)化設(shè)計(jì)變量。 其次，研究了NUMECA與iSIGHT的集成問(wèn)題，將三維流體力學(xué)計(jì)算軟件與優(yōu)化平臺(tái)相結(jié)合，開(kāi)發(fā)出一個(gè)三維

3、氣動(dòng)優(yōu)化系統(tǒng)。系統(tǒng)包括三大部分：幾何模型控制模塊、網(wǎng)格自動(dòng)生成模塊、數(shù)值計(jì)算模塊。 再次，提出和實(shí)現(xiàn)了適用于葉輪機(jī)械全三維設(shè)計(jì)的組合優(yōu)化方法。該組合優(yōu)化方法分為4個(gè)階段：對(duì)變量使用正交矩陣法進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)(DOE)分析階段、自適應(yīng)模擬退火算法(ASA)全局搜索階段、響應(yīng)面(RSM)近似建模階段，以及RSM和序列二次規(guī)劃法(NLPQL)相結(jié)合的局部尋優(yōu)階段。通過(guò)采用DOE方法，深入研究了設(shè)計(jì)變量的變化如何影響目標(biāo)函數(shù)和約束，獲取設(shè)計(jì)

4、空間性質(zhì)，抓住優(yōu)化問(wèn)題的主要矛盾，減小了葉片氣動(dòng)優(yōu)化問(wèn)題的規(guī)模：對(duì)于葉輪機(jī)械葉片氣動(dòng)優(yōu)化這種非線性多峰優(yōu)化問(wèn)題，單純采用某種常規(guī)的數(shù)值優(yōu)化算法不能夠有效得到全局最優(yōu)解，通過(guò)采用ASA法進(jìn)行全局搜索是得到初始近似全局解的有效途徑；通過(guò)RSM方法擬合復(fù)雜的響應(yīng)關(guān)系，平滑設(shè)計(jì)空間“噪聲”，防止數(shù)值優(yōu)化方法陷入局部極值點(diǎn)，從而獲得了良好的魯棒性和適應(yīng)性；在局部尋優(yōu)階段，采用了全三維流場(chǎng)數(shù)值模擬程序?qū)颇Ｐ瓦M(jìn)行校正，用NLPQL方法對(duì)近似模型進(jìn)