基于多源約束的機車用冷卻風(fēng)機方案設(shè)計與優(yōu)化研究.pdf

1、碩士學(xué)位論文基于多源約束的機車用冷卻風(fēng)機方案設(shè)計與優(yōu)化研究ProjectDesignandOptimizationResearchofLocomotiveCoolingFansBasedonMultisourceConstraints作者學(xué)科、堂一姓名：專業(yè)：口丐：指導(dǎo)教師：壬墮趑!塾攮2一完成日期：2014年5月大連理工大學(xué)DalianUniversityofTechnology大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要通風(fēng)機是廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟各

2、個領(lǐng)域的通用流體機械。由于通風(fēng)機壓升低，單臺能耗少，因此得不到足夠重視，設(shè)計理論尚不完善。然而各種調(diào)查數(shù)據(jù)表明，消耗于驅(qū)動風(fēng)機的能量約占年總發(fā)電量的10％，可見雖然單臺通風(fēng)機能耗較低，但在國民生產(chǎn)中，其總耗能量占有極大比例。因此，提高通風(fēng)機的性能及效率，對節(jié)能降耗具有極其重要的意義。傳統(tǒng)通風(fēng)機的設(shè)計，是通過大量的實驗并不斷改進得到性能優(yōu)良的風(fēng)機，針對不同流量和壓力做成通風(fēng)機譜系，再次應(yīng)用時在譜系中選擇，或者通過相似變換得到對應(yīng)的通風(fēng)機。

3、隨著中國鐵路不斷呈現(xiàn)出更加高速、重載的特點，其對內(nèi)部發(fā)熱元件的冷卻通風(fēng)要求越來越高，國內(nèi)通風(fēng)機譜系中對應(yīng)的通風(fēng)機已經(jīng)不能滿足其冷卻通風(fēng)要求，現(xiàn)大多依賴進口。盡快提高通風(fēng)機的設(shè)計研發(fā)能力，代替進口，成為目前亟待解決的問題。本文以3個工程實例為背景，應(yīng)用CFD方法和優(yōu)化理論，研究風(fēng)機結(jié)構(gòu)參數(shù)變化對其性能的敏感性，探索進口風(fēng)機在轉(zhuǎn)速降低，結(jié)構(gòu)尺寸不變情況下的國產(chǎn)化設(shè)計方法，并應(yīng)用于機車牽引風(fēng)機的性能改進中。其中第一部分，對某機車一號轉(zhuǎn)向架用離

4、心冷卻風(fēng)機進行國產(chǎn)化設(shè)計。主要應(yīng)用CFD方法，從設(shè)計要求出發(fā)，針對設(shè)計難點，根據(jù)通風(fēng)機基本原理進行多方案的葉輪一維氣動設(shè)計、三維建模、數(shù)值模擬分析；總結(jié)幾何參數(shù)對性能的敏感性；選擇最優(yōu)方案進行對應(yīng)的多方案蝸殼氣動設(shè)計，完成建模及數(shù)值模擬；最后得到最優(yōu)的設(shè)計方案。第二部分，以CKDOA內(nèi)燃機車用牽引冷卻離心通風(fēng)機的性能校核為背景，結(jié)合CFD數(shù)值計算方法，對比校核數(shù)值計算結(jié)果與冷卻通風(fēng)要求，性能不能滿足，需要進行改進設(shè)計：分析數(shù)值校核結(jié)果和

5、后處理圖，根據(jù)通風(fēng)機基本原理和第一部分通風(fēng)機葉輪幾何參數(shù)與性能的敏感性結(jié)論，確定該風(fēng)機的改進設(shè)計方案；對該風(fēng)機進行多方案改進設(shè)計。第三部分，針對某大功率機車用軸流冷卻風(fēng)機葉輪的國產(chǎn)化問題，基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)代理模型，結(jié)合三維雷諾平均NS方程進行優(yōu)化設(shè)計。以葉片中弧線進口角、出口角和葉片的安裝角為設(shè)計變量；以效率和靜壓升為優(yōu)化目標函數(shù)。采用隨機離散層取樣方式，生成樣本并進行三維流動分析，得到目標函數(shù)的模擬值；優(yōu)化設(shè)計結(jié)果與原始模型相比在設(shè)計