基于并行遗传算法的叶轮机叶片优化设计

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1、中图分类号：V231．3学科分类号：082502论文编号：102870210．0035硕士学位论文基于并行遗传算法的叶轮机叶片优化设计研究生姓名章嘉麟学科、专业航空宇航推进理论与工程研究方向叶轮机气体动力学指导教师周正贵教授燃鞯磷南京航空航天大学研究生院能源与动力学院二00九年十二月1__●__________________________-。。●__________________________——-‘一●NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCol

2、legeofEnergyandPowerEngineering{㈣⋯⋯川m11111Ⅷ⋯㈣帆’南IY1811260．一OptimizationforTurboMachineBladebasedonParallelGeneticAlgorithmAThesisinAerospacePropulsionTheoryandEngineeringbyZhangJialinAdvisedbyProfessorZhouZhengguiSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeof

3、MasterofEngineeringDecember,2009●‘．，tl承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将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、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后适用本承诺书)作者签名：童塞丛日期：—型，．，．3III■●■一◆●南京航空

4、航天人学硕十学位论文摘要叶轮机械应用范围极广，在国民经济建设的各个领域内都扮演着重要的角色。叶片作为叶轮机械的关键部分，它的造型好坏很人程度上影响叶轮机的气动性能。本文针对叶轮机械叶片的气动优化方法进行了研究，在本课题组工作基础上，综合粘性体积力计算方法、商用CFD软件、多层参数化造型方法，以及并行遗传算法，对叶轮机械的叶片进行自动优化设计。本文主要分为以下四个部分：第一部分，研制基于叶素一动量理论的风力机三维气动性能计算程序，并引入各种修正因子和失速模型，提高程序预测精度。第二部分，针对低风速风力机的叶片设计研究，进行了初步的尝试。首先建

5、立初始叶片造型，然后采用遗传算法在基于叶素一动量理论计算的基础上对叶片的弦长和安装角进行优化，最后完成优化风轮的三维造型，并采用CFD方法对设计点进行深入分析验证。数值研究的结果证明，优化后得到的风力机叶片在低风速下具备较好的气动性能。第三部分针对工业上使用的大型冷却风机，对整机进行数值模拟，在确保较高的模拟精度的前提下，对风机叶片所采用的翼型以提高不同攻角下的升阻比为目标进行优化，并将优化结果应用于实际工程。第四部分在风扇／压气机叶片优化方面，对多层参数化方法进行了改进，将多层参数化、遗传算法、流场计算有机的耦合到翼型和叶片的优化设计中，

6、提高了优化效率。通过测试算例得到了一些有价值的结论，并证明了该优化方法的可行性，高效性，为今后开展更深层次的研究打下基础。关键词：叶轮机，气动优化，叶素一动量理论，并行遗传算法，叶片设计，多层参数化基于并行遗传算法的叶轮机叶片优化设计AbstractTurbomachine，whichhasaverywiderangeofapplications，isplayinganimportantroleinvariousareasofthenationaleconomy．Asakeycomponentoftheturbomachine，blade’

7、Sshapesignificantlyaffectstheaerodynamicperformanceoftheturbomachine．Inthebasisoftheresearchgroup’Swork，thispaperstudiedtheaerodynamicoptimizationmethodoftheturbomachineblade，andconductedanautomaticallyoptimizationofthetul'bomachinebladebysynthesizingviscousbodyforcecalcul

8、ationmethod，commercialCFDsoftware，multi-parametricmodelingmethodsandtheparallelgeneticalg