轴流压气机多叶片排的气动优化设计.ppt

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1、答辩人：尉涵导师：袁新教授2004年12月23日轴流压气机多叶片排的气动优化设计本论文主要工作修改并完善了组内叶轮机械气动优化平台采用组合优化方案对两台压气机进行优化，结果具有一定的实用性目录课题的背景和意义叶片造型技术CFD评价体系优化策略优化算例结论与展望课题的背景和意义课题背景能源紧张、对高性能压气机的要求先进的CFD计算技术叶轮机械优化技术日益成熟课题意义研究高性能压气机，降低能源消耗提高压气机叶型的设计水平完善叶轮机械气动优化平台叶轮机械叶型设计方法正问题方法反问题方法气动优化设计法1999年Pierret.S.2003年赖宇阳2004年Ste´ph

2、aneBurguburu目录课题的背景和意义叶片造型技术CFD评价体系优化策略优化算例结论与展望叶片弯曲变换二维型面沿周向移动非均匀有理B样条（NURBS）蒙皮叶片扭转变换二维型面绕重心转动NURBS蒙皮弯扭联合气动成型弯＋扭NURBS蒙皮目录课题的背景和意义叶片造型技术CFD评价体系优化策略优化算例结论与展望FINE/NUMECA流场计算中心差分Jameson人工粘性显格式基于TVD与通量差分分裂方法方程求解采用多步Runge-Kutta法S-A一方程湍流模型IGG/NUMECA网格生成H-O-H网格目录课题的背景和意义叶片造型技术CFD评价体系优化策略优化

3、算例结论与展望优化模型iSIGHT优化技术分类探索式技术（MGA、ASA）全局探索，对设计空间没有特殊要求效率较低，要对大量设计点进行评价数值式技术（SQP、MOST……）高效率大部分要求设计空间单峰、保凸、连续专家系统技术需要大量的实际经验来建立规则表各优化技术的主要特色探索式数值式专家式目标性弱强强全局性强弱依赖经验经验性无无必须的叶轮机械气动优化问题的特点高度非线性近似模型不够精确多峰性数值算法易陷入局部极值变量数目多直接优化工作量大解决方案直接3DCFD计算采用组合优化策略全局探索＋局部寻优筛选设计变量，缩小问题规模并行计算技术DOE试验设计方法考察各

4、变量对目标函数和约束的影响程度对设计空间进行大范围探索Pareto图红：负影响蓝：正影响基于iSIGHT的集成优化平台目录课题的背景和意义叶片造型技术CFD评价体系优化策略优化算例结论与展望算例一：某压气机前3排叶片气动优化算例二：某压气机9排叶片气动优化算例一：某压气机前3排叶片进口总温：288K进口总压：100292.6Pa出口静压：半径0.7229米的截面上120000Pa，满足径向平衡方程造型技术导叶和静叶弯扭联合动叶仅做扭转变换每排叶片选取6个截面，共38个变量优化问题的特点多峰性设计变量数目中等优化策略DOE全局探索＋SQP局部寻优目标函数：等熵效

5、率约束条件：流量和压比大于某定值系统流程图DOE结果第219个点效率最高流量上升压比上升SQP优化历史第4步效率最高流量上升压比上升目标函数改进情况效率效率提高流量（Kg/s）压比原始叶型0.86859-356.871.3991DOE叶型0.877170.858%363.701.4228SQP叶型0.879561.097%362.451.4239优化前后的叶型出口S3流面总压分布静叶叶根流线S2流面静压极限流线全工况性能：特性线全工况性能：喘振裕度定义：原始叶型：0.1438新叶型：0.1573比原始叶型提高9.38%算例一小结SQP的高效率DOE的全局性全工

6、况性能良好算例二：某压气机9排叶片给定进口总温、总压、速度分布出口静压：半径为0.23米的截面上245000Pa满足径向平衡方程造型技术静叶6个截面弯扭联合动叶4个截面扭转变换共80个变量优化问题的特点多峰性设计变量数目多优化策略一：约束优化DOE筛选变量＋ASA全局寻优目标函数：等熵效率约束条件：流量和压比大于某定值系统流程图DOE结果：Pareto图综合选取变量41个ASA优化历史图第419步效率提高了0.414%，压比变化不大，流量下降了0.01%优化策略二：无约束优化仅进行扭转变换，共8×4=32个变量ASA全局寻优目标函数：等熵效率不限制流量和压比A

7、SA优化历史图效率提高了3.209%，流量下降了8.7公斤优化前后的叶型出口S3流面总压分布优化后叶型总压降低全工况性能：特性线全工况性能：喘振裕度原始叶型：0.189新叶型：0.175比原始叶型降低7%叶型并未得到真正优化！算例二小结DOE缩小问题规模ASA全局搜索性能优化结果不能令人满意改变叶型？优化基迭线？目录课题的背景和意义叶片造型技术CFD评价体系优化策略优化算例结论与展望结论DOE试验设计可有效缩小问题规模ASA算法适合全局范围内搜索最优SQP对寻找局部极值效率很高采用并行技术可大大提高计算速度展望可考虑对叶型进行非均匀有理B样条（NURBS）造型

8、，或对叶片基迭线进行NURBS造型，真