采用Kriging代理模型的蜗壳优化设计.pdf

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1、第34卷第6期矿冶工程Vo1．34No62014年l2月MININGANDMETALLURGICALENGINEERINGDecember2014采用Kriging代理模型的蜗壳优化设计①郦琦，刘鹏寅(1．宝山钢铁股份有限公司，上海200940；2．上海交通大学机械与动力工程学院，上海200240)摘要：针对蜗壳周向截面面积分布发生变化对蜗壳性能产生影响的问题，进行了蜗壳的优化设计。为了减小蜗壳的总压损失，开发了基于Matlab平台的气动优化程序。通过改变蜗壳的几何结构，使得蜗壳的流量平均总压损失系数得到优化。蜗壳周向的两个截面的面积被设定为控制点，并用一个参数进行调整。采

2、用商用CFD软件进行计算，得到数值计算结果。程序中采用Kriging代理模型以兼顾精度和计算成本的要求。最后得到以最小总压损失系数为目标的蜗壳最优截面面积分布。优化后的蜗壳在性能上相比原型有了一定改进。关键词：蜗壳；参数化；Kriging；总压损失系数中图分类号：TK730文献标识码：Adoi：10．3969／j．issn．0253—6099．2014．06．035文章编号：0253-6099(2014)06-0144-05OptimizationDesignofVoluteUsingKrigingModelUQi．LIUPeng—yin(1．BaoshanIron&Ste

3、elCoLtd，Shanghai200940，China；2．SchoolofMechanicalEngineering，ShanghaiJiaoTongUniversity，Shanghai200240，China)Abstract：Anoptimizationdesignwasdevelopedforvoluteinordertoaddresstheimpactonthevoluteperformanceresultingfromcircumferentialvariationinthecrosssectionalareadistribution．AndaMatlab—

4、basedaerodynamicoptimizationprogramwasdevelopedforminimizingthetotalpressureloss．Theoptimizationofaveragecoeficientoftotalpressurelossoftheflowinvolutewasachievedbychangingthegeometricconstruction．Withtwocircumferentialcrosssectionareasascontrollingpointswhichwerethenadjustedwithoneparamet

5、er，thecalculationwithcommercialCFDsoftwareledtoanumericalvalue．ThisoptimizationprogramadoptingtheKirgingmodelwithbothprecisionandcalculationcosttakenintoconsideration，finallyresultedinanoptimalcross—sectionalareadistributionaimingattheminimumtotalpressurelosscoeficient．Bycomparisonwithprot

6、otype，theoptimizedvolutehasanimprovedperformance．Keywords：volute；parameterization；Kriging；totalpressurelosscoeficient蜗壳是离心式压缩机的重要静止部件之一，它的域。最大通流速度在靠近蜗壳中心或蜗壳进口壁面处作用是收集从叶轮或扩压器流出的气体并输送到排气存在。并且涡舌处的流动随流量的变化会有很大区管道，气体在蜗壳内流动时，速度降低，压力提高。其别。随着计算机水平的不断提高，数值计算工作将离性能直接影响压缩机的效率，因此关于蜗壳的设计与心压气机蜗壳内的流动情况进一

7、步具体、细节化J。研究十分重要。在这些认识的基础之上，对于蜗壳的设计与优化流场测试是研究蜗壳内部流动最直接的方法，众也在不断的进行。与此同时采用各种算法，依靠多实验表明离心压气机蜗壳内流动呈现复杂结数值计算结果来进行工程优化设计的工作也逐渐增构1j。一般认为蜗壳内部静压的分布主要受旋流引多。这种方法对计算成本要求很高，故而为兼顾精度起的离心力影响。在大流量情况下，旋流占主导地位，和成本因素，提出了加入代理模型的方法¨。本文将导致在蜗壳横截面中心位置的低压区；在小流量工况采用代理模型的方法，基于Kriging代理模型