长叶片透平级多学科多目标优化设计-论文.pdf

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1、第48卷第1期西安交通大学学报Vo1．48No．12014年1月JoURNALOFXI’AN儿AOTONGUNIVERSITYJan．2014DOI：10．7652／xjtuxb201401001长叶片透平级多学科多目标优化设计李彬，宋立明，李军，丰镇平(西安交通大学叶轮机械研究所，710049，西安)摘要：针对长叶片透平级优化问题，结合自适应多目标差分进化算法、基于3次非均匀B样条曲线的曲面造型技术及透平级气动和强度性能分析评价方法，建立了长叶片透平级多学科多目标优化设计系统，其中气动性能评估采用数值求解三

2、维RANs方程完成，长叶片强度分析采用有限元方法完成。长叶片透平级的优化设计目标是比功率最大和最大等效应力最小，设计变量是透平级静叶和动叶型线的三维参数化控制参数。采用所建优化设计系统获得了长叶片透平级的7个多学科优化非受控解(Pareto解)。3个典型的Pareto解与参考叶型进行比较分析显示，优化后Pareto解下的气动和强度性能均优于参考叶型设计方案，从而验证了所建优化设计系统的实用性。关键词：长叶片；透平级；气动性能；强度；多学科设计优化中图分类号：TK263文献标志码：A文章编号：0253—987X

3、(2014)01—0001—06MultidisciplinaryandMultiobjectiveOptimizationDesignofLongBladeTurbineStageLIBin，SONGLiming，LIJun，FENGZhenping(InstituteofTurbomachinery，Xi’anJiaotongUniversity，Xi’an710049，China)Abstract：Themultidisciplinaryandmultiobjectiveoptimizationdesi

4、gnsystembasedontheself—adaptivemulti—objectivedifferentialevolution(SMODE)algorithm，cubicnon—uniformB-splinecurvesbasedsurfacemodelingtechnology，andaerodynamicandstrengthperformanceevaluationofturbinestagewasdevelopedfortheoptimizationoflongbladeturbinestag

5、es．Theaerodynamicperformanceofthedesignedlongbladeturbinestageisevaluatedbythethree—dimensionalReynolds—averagedNavier—Stokes(RANS)solution．Thestrengthofthelongbladeisobtainedusingthefiniteelementanalysisapproach．Theoptimizationdesignobjectivesoftheturbines

6、tagearethemaximizationofspecificpowerandtheminimizationofmaximumvonMisesstress．Thedesignvariablesaredeterminedbythestatorandrotorbladeparameterizationmethod．Withthepresentoptimizationsystem，sevenParetosolutionsofthelongbladestagewereobtained．Thethreetypica1

7、Paretosolutionswereselectedtoanalyzetheaerodynamicandstrengthperformanceoftheoptimizedbladegeometryandtocomparewiththeoriginaldesign．TheresultsshowthattheaerodynamicandstrengthperformanceoftheParetosolutionsobtainedaresuperiortotheoriginaldesign，thusconfirm

8、ingtheavailabilityofthepresentmultidisciplinaryandmultiobjectiveoptimizationdesignsystemforlongbladeturbinestages．Keywords：longblade；turbinestage；aerodynamicperformance；strength；multidisciplinarydesign