基于梯度响应面模型的优化设计

本文主要研究一种梯度响应面模型及其在气动优化设计中的应用. 目前应用广泛的多项式响应面模型是连续可导的, 采用梯度信息构造完全二阶多项式响应面模型, 所需样本数与设计参数个数呈线性关系. 首先通过改进实验设计方法, 快速生成满足精度要求的样本并确定梯度响应面模型. 随后通过函数实验验证梯度响应面模型的精度, 及该模型在多极值函数最值搜索中的有效性. 最后由伴随方法快速求解气动优化设计目标函数的梯度信息, 并开展基于梯度响应面模型和复合形法的叶片压力反设计和效率优化设计. 结果表明: 基于梯度响应面模型的优化方法在全局最优及提高优化效率两方面均有出色表现, 基于该优化方法的气动优化设计能够显著改善叶片的气动性能. 关键词： 气动优化设计 响应面模型 伴随方法 复合形法     

汽轮机排汽系统优化设计与性能分析

本文将试验设计方法、响应面近似建模方法及优化算法与排汽系统参数化造型程序及CFD求解软件相结合,应用于汽轮机排汽系统优化设计与分析.并以300/600 MW汽轮机低压排汽系统模型为研究对象,在两种入口条件下应用该方法对其进行了气动优化设计.与原始排汽系统相比,优化后扩压性能有较大的改善,验证了本文提出的气动优化设计方法的有效性,同时表明排汽系统入口条件和几何参数都会影响优化结果.     

叶轮机械内的三元流动解法——“流面坐标”迭代法

从吴仲华教授最早提出的两类流面交叉求解三元流动的理论出发,本文给出一种任意通流截面上的“流面坐标”迭代法,采用适合各类叶轮机械的两组非正交流面坐标,以及沿这两组坐标方向速度梯度方程的迭代求解,得到了叶轮机械内部的完全三元流场。 计算实例给出了均为扭曲的两类流面形状,并与普通的二元流面解进行了比较,在一个试验过的离心压气机叶轮的计算中还与测量结果进行了比较,结果是满意的.     

Kriging与响应面方法在气动优化设计中的应用

近似模型方法在工程优化设计中开始得到重视。本文分别应用Kriging方法和响应面方法进行了翼型气动优化设计。结果表明,Kriging方法的设计结果,升阻比较参考翼型提高了81%;在初始设计空间,响应面方法的结果很差,通过不断缩减设计空间,设计得到了有效的改善,升阻比提高了70%,但需要的计算量远远高于Kriging模型。     

离心压缩机级的设计及三维粘性流场分析

本文给出了一由半开式离心叶轮和叶片扩压器组成的模型级的设计及其三维粘性流场分析。设计采用S_1/S_2流面迭代的准三维方法,数值分析采用对N-S时均方程求解的Euranus程序,计算中采用中心差分格式和Baldwin-Lomax代数紊流模型。文中对从喘振点到堵塞点的八个工况进行了数值模拟,分析不同工况下流场的变化规律,为模型级的优化设计打下基础。     

后掠冀跨声流场S_1/S_2流面全三元迭代解

一、前言 叶轮机械三元流动通用理论提出的使用两类流面迭代求解叶轮机械三元流动正反问题的方法,已成为内流数值计算的一个基本方法。随着计算机速度的提高、内存的扩大,越来越多的三元直接解投入了使用。但是两类流面迭代求解仍然是叶轮机械内流计算的一个重要方法。     

离心压缩机叶轮的响应面优化设计Ⅱ:实例及讨论

本文以某工业离心压缩机中间级叶轮为研究对象,采用响应面方法对其进行优化设计。为减少计算成本,将设计变量适当分组,分别进行叶片形状优化和子午型线优化。结果表明,此方法切实可行,得到的设计结果与原始叶轮相比,性能有较大改进。     

响应面方法在叶片扩压器优化设计中的应用研究

本文应用响应面方法完成了某叶片扩压器的优化设计。通过改变叶片数和出口安装角构造扩压器,进行CFD分析,建立样本数据。基于不同的样本数,用响应面方法寻求的最佳设计点在大致相同的区域,而且与CFD分析结果相比误差很小。表明,响应面方法可以通过较少的样本准确拟合设计变量与响应变量的关系,在流体机械性能预测和多变量优化设计问题中有很好的应用前景。     

ARDE算法及其在三维叶栅气动优化设计中的应用

本文提出了一种自适应差分进化算法(ARDE)。通过函数试验,分析比较了该算法、标准遗传算法及差分进化算法的优化性能,证明该算法具有良好的收敛速度和全局寻优能力,满足气动优化设计的要求。耦合该算法与曲面造型方法以及CFD求解技术,本文发展了一种适用于叶轮机械三维气动优化设计的全局自动气动优化算法。利用该算法对小展弦比后加载静叶栅和干式TRT动叶栅进行了气动优化设计,结果表明本文提出的自动气动优化算法具有良好的优化性能和应用前景。     

基于遗传算法和逐次序列二次规划的叶栅基迭优化

本文提出并实现了一种叶轮机械全三维优化设计体系。该组合优化方案基于遗传算法(GA)进行全局搜索,响应面(RSM)近似建模和逐次序列规划(SQP)局部寻优,采用高阶非均匀有理B样条进行三维叶片参数化造型和高精度、高分辨率Navier-Stokes求解程序进行粘性流场数值模拟。通过对一低展弦比大折转角的透平环形叶栅进行基迭优化,结果表明该组合优化方案具有很好的效率、可靠性和全局搜索能力。     

Vibration Control of Vertical Turbine Pump by Optimization of Vane Pitch Tolerances of an Impeller Using Statistical Techniques

The objective of the study is to find the tolerance on vane pitch dimensions of a Vertical Turbine (VT) pump impeller. For this purpose, the study is divided into two parts viz. to find the critical hydraulic eccentricity of a VT pump impeller by way of numerical simulations and design of experiments to find the vane pitch tolerance using critical hydraulic eccentricity. The effect of impeller vane pitch deviations on hydraulic unbalance is examined for a vertical turbine pump using Design of Experiments (DOE). A suitable orthogonal matrix has been selected with vane pitch at different axial locations of an impeller as the control factors. Hydraulic eccentricity, which is the output of the DOE experiments is analyzed using S/N ratio, ANOM and regression analysis to find the significant control factor effecting the hydraulic unbalance and hence vibrations. The vane pitch deviation at outlet and inlet of impeller shroud geometry are found to be the most critical factor affecting the pump vibrations.     

Mixed multi-region design of diffractive optical element for projection exposure system

The diffractive optical element (DOE) is widely used to generate various illumination modes in the projection lithography system. The working principle and design methods of the DOE are discussed in detail in this paper. A mixed multi-region design method is proposed to calculate the phase of DOE based on the poor spatial coherence of excimer laser, using the Gerchberg–Saxton (GS) algorithm. The DOEs generating circular, dipole and quadrupole illumination modes are designed and simulated by three different methods: single region design, repeated multi-region design and mixed multi-region design. The performance of these DOEs are compared and analyzed with these three design methods. The mixed multi-region design method is used to design the DOEs generating three illumination modes, the diffraction efficiencies are greater than 85%, and the non-uniformities of illumination are less than 3%. The analysis results indicate that the DOE designed by the mixed multi-region design can achieve higher diffraction efficiency and illumination uniformity of the far-field intensity distribution without modifying the GS algorithm.     

离心压气机部件几何造型方法的研究

叶轮在微型燃气轮机占有很重要的地位.本文采用B样条曲线,对照母型级压气机叶轮的几何参数,通过调整控制点的参数,并且结合数值模拟,对母型级叶轮进行优化,从而完成了对叶轮几何轮廓的设计.在整个过程中,找到了一种快速的建模的方法,大大缩短了设计时间.     

焦斑形态精细化设计及其性能分析

 对实现焦斑形态控制的衍射光学器件进行了精细化设计,模拟计算结果表明,可同时满足洞口附近旁瓣光强峰值不超过主瓣平均光强的0.01%,且主瓣顶部不均匀性小于10%。选取不同的采样间隔对比说明了精细化设计相对于传统设计,能真实准确地获得焦斑形态的性能参数。最后,采用功率谱密度(PSD)方法初步分析了器件几何结构与焦斑性能,特别是旁瓣间的对应关系。     

衍射光学元件设计中的插值迭代方法

在I-O算法的基础上提出一个适合于FFT迭代计算的DOE精细化设计方法.并对此方法进行了重复性计算实验.结果表明,这种精细化设计方法可以比较有效地改善设计目标的PV与RMS值,具有较好的可重复性,为后续的模拟退火优化提供了比较良好的初始位相结果.     

斜流/离心压缩机初步设计和分析方法研究

依托两区模型开展了单级斜流/离心压缩机的初步设计和分析方法研究,验证了基于SOA-TEIS混合扩压度模型的改进ODP问题迭代方法在斜流/离心压缩机初步设计和分析中的准确性。采用本文方法对Krain高比转速叶轮和低比转速叶轮模型进行了一维设计和分析,并将结果与实验数据进行了对比,结果表明:本文所述方法可在减少对工程经验参数选取依赖性的同时,实现较准确的斜流/离心压缩机的初步设计计算和非设计工况性能预测,且易于程序化实现,采用被动滑移因子计算方法获得的设计点附近工况的等熵效率预测偏差在1%以内。     

Influence of Operating Parameters on Unbalance in Rotating Machinery Using Response Surface Method

Wide range of rotating machinery contains an inherent amount of unbalance which leads to increase in the vibration level and related faults. In this work, the effect of different operating conditions viz. the unbalanced weight, radius, speed and position of the rotor disc on the unbalance in rotating machine are studied experimentally and analyzed by using Response Surface Methodology (RSM). RSM is a technique which consists of mathematical and statistical methods to develop the relationship between the inputs and outputs of a system by distinct functions. L27 Orthogonal Array (OA) was developed by using Design of Experiments (DOE) according to which experimentation has been carried out. Three accelerometer sensors were mounted to record the vibration responses (accelerations) in radially vertical, horizontal and axial directions. The responses recorded as root mean square values are then analysed using RSM. The relationship between response and operating factors has been established by developing a second order, non-linear mathematical model. Analysis of variance (ANOVA) has been performed for verification of the developed mathematical models. Results obtained from the analysis show that the unbalance weight and speed are most significant operating conditions that contribute the most to the effect the unbalance has on the rotating spindle.     

大口径衍射光学束匀滑器件的研制

 采用爬山－模拟退火混合优化算法,选取合适的权重因子,改善了衍射光学束匀滑器件的设计性能,其顶部不均匀性小于1%,能量利用率优于95%。采用旋转镂空掩模板,加工出Φ 180的束匀滑器件,并进行了实验研究,获得了较好的束匀滑光强包络。为获得真实的束匀滑分布、改善顶部均匀性、提高抗波前畸变宽容度,选取特定的焦面采样间隔进行了精细化设计。