本文關(guān)鍵詞：壓氣機(jī)葉片氣動優(yōu)化設(shè)計方法研究

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【摘要】：隨著計算流體力學(xué)數(shù)值模擬能力的不斷提高,將其與數(shù)值最優(yōu)化理論相結(jié)合而形成的一種多學(xué)科氣動優(yōu)化設(shè)計方法越來越得到廣泛的研究與應(yīng)用。基于此,本文采用CFD方法、全三維的葉片參數(shù)化造型方法以及不同的最優(yōu)化方法相結(jié)合的策略,構(gòu)建了適用于葉輪機(jī)械葉片的全三維自動優(yōu)化設(shè)計體系。該體系包括兩種優(yōu)化方法:一是基于試驗(yàn)設(shè)計和響應(yīng)面模型的快速高效優(yōu)化方法;二是基于遺傳算法的全局性自動優(yōu)化方法。二者均可以達(dá)到降低損失、提高效率的優(yōu)化目的。隨后本文根據(jù)兩種優(yōu)化方法的優(yōu)缺點(diǎn)和優(yōu)化結(jié)果的差異,探討了葉輪機(jī)械氣動優(yōu)化問題在不同要求下應(yīng)該選擇哪種合適的優(yōu)化方法。具體地,論文的主要工作如下:一、采用基于有限體積法求解三維N-S方程、全隱式耦合求解方法、湍流模型的CFD計算模型對NASA Rotor 37葉片進(jìn)行了氣動數(shù)值模擬,并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了校對,驗(yàn)證了所用計算模型的正確性,為接下來的氣動優(yōu)化奠定基礎(chǔ)。二、采用三次B樣條曲線對三維葉片進(jìn)行了參數(shù)化造型,通過調(diào)節(jié)樣條曲線的主要控制點(diǎn)的縱坐標(biāo)大小,可以達(dá)到用很少的控制參數(shù)使葉片外形得到合理范圍內(nèi)的最大變化的目的,從而為接下來的氣動優(yōu)化做好鋪墊。三、針對葉片氣動優(yōu)化設(shè)計計算量過大的問題,提出了基于響應(yīng)面近似模型的快速高效優(yōu)化設(shè)計體系。對經(jīng)過前面數(shù)值模擬分析的原始葉片進(jìn)行了以等熵效率最高為目標(biāo)函數(shù)、并滿足流量和總壓比約束條件的氣動優(yōu)化設(shè)計,詳細(xì)分析了優(yōu)化前后葉片氣動性能的改善,探討了該優(yōu)化體系所擁有的計算成本低的優(yōu)點(diǎn)和設(shè)計變量數(shù)目不能多的弱點(diǎn)。四、考慮到響應(yīng)面方法對設(shè)計變量數(shù)目的限制性,建立了基于遺傳算法的全局性自動優(yōu)化設(shè)計體系。通過與響應(yīng)面方法優(yōu)化結(jié)果的對比,分析了兩種優(yōu)化方法的不同適用場合,以及遺傳算法可以基本獲得全局最優(yōu)解的優(yōu)點(diǎn)和計算量大的弱點(diǎn)。
【關(guān)鍵詞】：響應(yīng)面 遺傳算法 氣動優(yōu)化 計算流體力學(xué) 等熵效率
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TH45
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本文編號：874740