采用Kriging模型的离心压缩机叶轮多目标参数优化.pdf

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1、第32卷2016钲第2期1月农业工程学报TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineeringVbl．32No．2Jan．201677采用Kriging模型的离心压缩机叶轮多目标参数优化左曙光，韦开君，吴旭东※，聂玉洁，许思传(同济大学新能源汽车工程中心，上海201804)摘要：为进一步探索高性能、低噪声的离心压缩机优化设计方法，该文选用某燃料电池车用小型高转速离心压缩机为研究对象，通过三维内流场非定常分析对其气动性能和气动噪声进行计算，仿真求得的压升曲线与试验基本一致。基于该数值模型，

2、采用最优拉丁方试验设计分析了叶片进口角、叶片出口角、尾缘倾角、叶顶间隙和叶片厚度对压缩比、等熵效率和整机声功率级的影响，结果表明叶片厚度和叶顶间隙最为关键，与压缩比和等熵效率负相关，与声功率级正相关，前倾叶片较后倾叶片噪声更低。采用Kriging模型对数值计算结果进行拟合，利用多目标遗传算法对Kriging模型进行循环优化设计。优化结果表明，Kriging模型精度满足需求，优化方案在设计工况点的压缩比提高3．56％，等熵效率提高1．02％，整机声功率级下降3．79dB，在非设计工况点的压缩比和等熵效率也有提高，综合性能得到明显改善。该研究可为高

3、性能、低噪声离心压缩机的优化设计提供参考。关键词：模型；优化；叶轮；离心压缩机；非定常分析；气动噪声；Kriging模型doi：10．119750．issn．1002—6819．2016．02．012中图分类号：TH452文献标志码：A文章编号：1002-6819(2016)一02—0077—07左曙光，韦开君。吴旭东。聂玉洁，许思传．采用Kriging模型的离心压缩机叶轮多目标参数优化[J]．农业工程学报，2016．32(2)：77—83．doi：10．11975，j．issn．1002—6819．2016．02．012http：／／www．

4、tcsae．orgZuoShuguang，WeiKaijun，WuXudong，NieYujie，XuSichuan．Multi·objectiveparameteroptimizationofcentrifugalcompressorimpellerwithKrigingmodel[J】．TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering(TransactionsoftheCSAE)，2016，32(2)：77—83．(inChinesewithEnglishabstract)do

5、i：10．119750．issn．1002—6819．2016．02．012http：／／www．tcsae．org0引言随着燃料电池汽车产业化的推进，其振动噪声陛能越来越受到重视。与传统汽车不同，燃料电池汽车的噪声源主要来自空辅系统，尤其是空压机产生的气动噪声【l】。离心压缩机由于其结构紧凑、压缩比高的优点，在车用中高压燃料电池空辅系统中得到广泛应用，但高工作转速(通常在60000100000r／min)随之产生很大的噪声。由于流场的仿真计算耗时，离心压缩机的传统优化设计很难基于全局优化算法直接对压缩机多个结构参数进行多目标的迭代寻优。尤其是

6、气动噪声的优化设计，通常局限在对个别结构参数的改进，例如蜗舌形状、蜗壳结构或采用被动降噪措施。这些措施虽然可以取得一定的降噪效果，但也容易导致压缩机气动性能不同程度的下降24】。随着近似模型技术的发展，将近似模型技术引入叶轮机械优化设计，用快速响应的近似模型代替流场仿真的数值模型进行全局寻优，可以在设计初期实现对叶轮机械的多目标优化[5】。国内外基于近似模型的叶轮机械优化设计大多集中在压缩比／扬程和效率这些气动／水力性能参收稿日期：2015-08—19修订日期：2015．12—21基金项目：国家重大科学仪器设备开发专项(2012YQl50256

7、05)；国家863项目(2012AAll0501)作者简介：左曙光，男，湖南沅江人，教授，博士生导师，主要从事汽车NVH研究，上海同济大学新能源汽车工程中心，201804。Emaihsgzuo@ton鲥i．edu．ca※通信作者：吴旭东，男，江苏扬州人，助理教授，主要从事汽车NVH研究，上海同济大学新能源汽车工程中心，201804。Email．．wuxudong@tonal．edu．cn数优化，常采用一阶或二阶响应面模型【6】、径向基函数【7J、Kriging模型【蹦川等作为近似模型，采用遗传算法【11。12】、蚁群算法【13】、神经网络【14

8、】等方法进行多参数多目标全局寻优。随着气动噪声数值方法和计算资源的进步，结合近似模型的叶轮机械气动噪声优化设计成为可能。但是此类研究多集中在轴流风机【