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。     

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。     

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。     

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。     

非正交曲线坐标S_1流面流函数反问题松弛计算

本文在文献[1—3]工作的基础上,从叶轮机械S_1流面反问题提法之一(给定叶栅吸力面速度分布及叶片厚度分布求解叶型坐标)出发,推导了流函数反问题主方程及有限差分方程.这方程是以计算网格坐标为主变量的二阶偏微分形式的动量方程,解决了文献[4—7]所未能解决的使用有旋的运动方程求解的问题.此方程与有旋的S_2流面流函数方程的一致性保证了叶轮机械三元求解的收敛性.进一步完善了叶轮机械使用两类流面的三元流设计方法.编制了计算机程序对典型的叶型作了计算例子,结果是理想的.     

离心式压气机后弯叶轮试验研究(一)

一、引言 高性能离心式压气机包含高的效率和宽广的运行范围两方面的要求。后弯叶轮(这里指具有三元形状的半开式后掠出口叶轮)由于它的可控载荷设计,在效率和运行范围两方面都优于径向出口叶轮(以下简称径向叶轮)。随着材料强度问题的解决,后弯叶轮在动力应用方面有逐步取代径向叶轮的趋势。工程热物理研究所基于吴仲华教授的两类流面理论,发展了一套设计高性能离心式压气机级的方法;开展了压气机元件的试验研     

基于响应面模型的高超声速低温喷管优化

 建立了高超声速低温(HYLTE)喷管的响应面模型,样本点设计矩阵采用正交试验设计法构造,样本数据通过3维粘性NS方程计算喷管光腔耦合段的多组分混合流场获得。基于HYLTE喷管响应面模型,对喷管进行了多目标优化,定义了综合性能参数,优化后喷管混合性能显著改善,综合性能明显提高。计算表明,基于响应面模型的优化策略,能够满足喷管优化对计算精度和计算量的要求。运用多学科设计优化软件框架iSIGHT作为建模和优化的辅助工具,提高了优化设计的实现效率。     

单级跨音压气机非定常伴随气动优化

在多排叶轮机械中,动静叶干涉会在流场中产生强烈的非定常效应。公开文献中现有的多排叶轮机械气动优化设计均采用基于混合平面法的定常模型,无法考虑流动的非定常特性。本文采用课题组自行开发的多排叶轮机械非定常伴随气动优化系统,对某单级跨音压气机动叶进行了非定常气动优化设计,优化过程中采用谐波平衡法高效求解非定常流场和非定常伴随场。优化目标为降低压气机级的进出口熵增,同时限制流量和压比不低于原始设计,并控制叶片最大厚度的变化幅度。优化结果表明,本文伴随气动优化系统能够高效地对多排叶轮机械进行非定常气动优化设计。     

三维跨音速压气机叶栅多目标气动优化设计

提出了一种多目标差分进化算法(MDE),典型函数试验结果表明该算法具有优秀的多日标寻优能力,满足多目标气动优化设计的要求.耦合并行多目标差分进化算法、三次B样条曲面造型方法和CFD求解技术,提出了新的轴流式叶轮机械叶栅三维多目标气动优化设计方法.选择等熵效率和总压比为目标函数,完成了NASA Rotor37转子叶栅的多目标气动优化设计.优化后叶栅的气动性能明显提高,表明该方法具有良好的优化性能和应用前景.     

离心压气机叶轮多学科优化设计方法研究

本文采用多目标遗传算法结合近似模型方法,对离心压气机叶轮优化设计程中叶片各个设计参数的变化对于叶轮气动与强度性能的影响进行了研究,更深刻地了解各个参数分别对叶轮气动和强度性能的影响程度,并在此基础上采用可行性解的选择策略来寻求优化设计点,优化后的结果能够满足叶轮气动与强度性能的要求,表明该方法具有一定的工程实用价值。     

叶轮S2流面气动半反问题通用解法的改进

经典S2流面方程在应用中,需要根据计算对象是轴流或径流式叶轮,选择求解的主方程,以避免求解中出现不稳定.本文建立了S2流面半反问题的通用方程,能够直接适合多种形式的叶轮.其次,建立S2流面的环量分布方程,使得在设计环量约束条件下,同时满足了库塔条件,而且环量的空间分布更加光滑连续.第三,提出了S2流面生成的方程,达到了S2流面的光滑性及其与流动的一致性.通过在轴流、向心混流两个计算案例的应用,证明了本文方法的可行性.     

求解跨音速粘性流反问题的有限体积法

1前言叶轮机械气动热力学研究的最终目的之一，是为工程师提供可用以设计高性能、高效率叶轮机械的思想与方法。而在过去叶轮机械气动热力学的研究大都集中求解正问题上，即在给定几何形状的叶片的条件下来求解流场上的气动参数。因此，为了设计出高性能的叶型，通常是凭设计者的经验，通过试验或正问题流场的分析计算，对一系列几何形状相差不大的叶型进行筛选。用这种方法是非常耗时并导致昂贵的设计费用，而且这样也并不总能得到预期的效果。所以，正问题计算虽然在预测性能和筛选试验方案等方面具有重要价值，但对于叶栅设计，应该具有…     

基于离散伴随方法的透平叶栅反设计

研究构建了基于离散伴随方法的叶轮机械叶栅气动反设计系统,将离散伴随系统从无黏环境扩展到了黏性环境,编程实现了黏性离散伴随求解器;改善了叶栅参数化方式并重新编程实现了叶栅参数化程序,解决了叶栅参数化过程中叶栅尾缘附近区域型线波动的问题。利用该系统对某二维跨声速透平叶栅在给定叶型壁面目标压力分布的情况下,通过构造目标函数将叶栅反设计问题转化为气动优化设计问题,成功进行了气动压力反设计。结果证明本文建立的叶栅反设计系统能够有效进行压力反设计,验证了本文建立的基于离散伴随方法叶轮机械叶栅气动反设计方法的正确性与有效性。     

离心泵叶轮叶片通道三元流场数值解法的一些研究(与解析解的对比)

一、前言 离心泵叶轮设计时宜采用数值方法计算叶轮叶片通道中三元流动参数分布,据之进行选型.故需对叶轮叶片通道三元流动参数数值计算方法进行研究.在吴仲华教授两类流面理论基础上,准正交面法可以用微型计算机以较少的计算时间求得三元流场数值解,并巳用于很多离心压气机叶轮设计选型,取得了显著的效果.