低压轴流风机多目标多工况优化设计研究

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1、分类号学号M201270976学校代码10487密级硕士学位论文低压轴流风机多目标多工况优化设计研究学位申请人：黄友根学科专业：流体机械及工程指导教师：王军教授答辩日期：2015年5月20日AThesisSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreefortheMasterofEngineeringMulti-objectiveOptimizationAnalysisofLow-pressureAxialTypeFanonMultipleWorkingPo

2、intsCandidate:HuangYougenMajor:FluidMachineryandEngineeringSupervisor:Prof.WangJunHuazhongUniversityofScience&TechnologyWuhan430074,P.R.ChinaMay，2015独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确

3、方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本授权书。本论文属于不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日华中科技大学硕士学

4、位论文摘要轴流风机因其流量大、噪声低、运行稳定广泛应用于多种场合的通风换气及消防排烟。但现有的轴流风机存在效率低，运行工况范围窄的缺陷，难以满足现代工业高效低耗的要求。因此现有风机如何采用CFD技术与优化理论结合，实现高效性能范围宽是开发节能产品的关键问题之一。本文以一款工业用低压轴流风机为研究对象，基于CFD数值模拟计算结果，采用多目标多工况优化设计方法对轴流风机进行改型，验证构建的多目标多工况优化系统的可行性及其优化效果的同时，旨在提高轴流风机的多个工况点的全压、扩大高效区的范围，改善流动的不稳定性。（1）通过数值模拟方

5、法预测了三维全流道低压轴流风机在整个流量范围内的气动性能，并对选用的数值策略、边界条件、网格大小进行了验证，表明在此基础上进行数值优化设计是可行的。（2）构建了一套基于CFD流场计算的多目标多工况优化设计的流程，通过轴流风机二维CLARKY翼型的多目标多工况优化设计问题，详细介绍了优化数学模型（包括优化变量、优化约束、优化目标）的构建过程，对比分析了优化流程中的采用不同试验设计方法和不同近似模型对优化结果的影响，为三维轴流风机的多目标多工况优化设计提供技术指导。（3）针对三维轴流风机的多目标多工况优化问题，以一款单转子轴流风

6、机为研究对象，通过傅里叶函数、高斯函数和幂函数对翼型弦长、翼型圆弧半径和翼型安放角沿叶片径向的分布规律分别进行参数化，并选择函数的系数为优化变量。四个工况下的最小全压、最低效率和最大功率为性能约束条件；四个工况下的加权效率和加权全压为优化目标，并且基于模糊集理论确定四个不同工况下性能目标权重的加权因子；同时比较了三种不同的多工况处理方法的优劣。采用近似模型和多目标遗传优化算法相结合的气动数值优化策略对模型风机进行多目标多工况优化设计。最终优化结果表明,优化后风机整个流量范围内的效率和全压均有较大的提高，加权平均效率提高13.

7、5%，加权平均压力提高20.22%。I华中科技大学硕士学位论文（4）对优化前后风机的内流和动态特性展开研究，结果表明，优化后风机内部流动状况和小流量工况下的流动稳定性得到改善，叶片根部叶顶间隙涡的强度和影响区域减小、叶片不同叶高截面压力分布得到改善、叶片根部的流动分离减小。总而言之，采用多目标多工况气动优化设计方法对轴流风机进行优化，可以取得较好的优化效果，可以为其他型式轴流风机和叶轮机械的优化设计提供依据与参考。关键词：轴流风机数值模拟多目标多工况优化设计II华中科技大学硕士学位论文ABSTRACTAxial-flowfa

8、nsarewidelyusedinventilationandfireprotectionandsmokeextractionbecauseoftheirmassflow,lownoiselevelandstableoperation.Howevertheexistingfansareof