基于NURBS三维造型的粘性气动最优化设计技术

开发了用非均匀有理B样条对叶轮机械叶片进行参数化三维重构的建模方法,成功实现了透平叶片、压气机叶片和风扇叶片的统一三维重构,并把该模块集成到了基于商业软件iSIGHT的气动优化平台中。在该气动优化平台上通过选择不同的优化策略,对一透平叶片分别进行了“基迭方式气动优化”和“全三维气动优化”,结果证明优化效果显著。     

离心压气机叶片扩压器气动优化设计

本文以某高速离心压气机叶片扩压器为研究对象,采用Kriging模型在设计工况下对其进行气动优化设计,以获取较高的"叶轮 扩压器"等熵效率,同时保证扩压器出口静压不降.Kriging模型大大加速了设计过程,得到的优化结果和原始设计相比,在性能上有了较大改善.     

离心压气机叶片三维气动优化设计

本文针对离心压气机叶片的倾和掠的特征,建立三维气动优化设计系统.采用NURBS曲线和曲面分别对离心压气机叶片前缘基迭线和中弧面进行参数化建模,相应控制点作为优化设计变量,以提高不同工况下离心压气机的整级效率为优化目标,同时采用变复杂度模型的优化策略缩短优化设计周期.算例结果表明这种离心压气机叶片三维气动优化设计方法对提高整级效率具有良好效果.     

透平叶栅非轴对称端壁的气动最优化设计

本文应用非均匀有理B样条曲面技术实现了透平叶栅非轴对称端壁的参数化几何造型,并且以iSIGHTTM商业软件为优化设计平台,结合NUMECA软件进行数值模拟,构建了非轴对称端壁的气动优化设计系统.应用该系统对某级透平静叶轮毂端壁进行了非轴对称端壁造型的气动最优化设计.结果表明,非轴对称端壁造型将改变端壁附近的压力分布,使透平叶栅气动性能得到改善.     

涡轮叶片的解析成型与优化设计方法

本文发展了一种对于涡轮叶片用任意圆锥曲线作为基本曲线实现几何成型的解析方法,大量试算表明,该方法可以适应相当大一部分涡轮叶片几何造型的需要．本文还用正反问题相结合的方法对实用中的涡轮叶片进行改型优化,取得了较好效果,Ｎ－Ｓ流场分析表明,改型后的新叶栅比原叶栅性能有明显改善．     

基于风力机叶片铺层的频率优化设计

从叶片的铺层角度出发,编程建立了一种风力机叶片的约束优化设计模型。采用风力机叶片主梁帽的铺层厚度及位置为优化设计变量,在保证气动外形不变,满足各种约束的情况下,以获得最大一阶挥舞频率为设计目标,使用改进粒子群算法进行搜索约束优化解。结果表明:合理地设计主梁帽的铺层厚度和位置能得到更好的结果,验证了模型的有效性。优化结果对工程设计具有一定的参考价值。     

离心压气机回流器三维气动优化设计

回流器作为多级离心压气机两级间非常重要的连接部件,其内部的二次流动十分显著。回流器的设计目标是以尽可能小的损失对上一级出口气体进行整流,减小下级叶轮进口处的流场畸变。本文通过对回流器流道和整流叶栅进行参数化建模,采用多岛遗传算法对某多级离心压气机回流器进行基于N-S方程数值求解的三维气动优化设计,着力于提高变工况条件下回流器的级等熵效率以及使变工况条件下回流器的出口气流角尽可能均匀。     

基于伴随方法的多级叶轮机三维叶片优化设计

伴随方法单次优化循环计算量与设计变量数目基本无关,多设计变量时计算成本低。本文采用伴随方法发展了多级叶轮机三维黏性气动形状优化方法,包括伴随方程及其边界条件、目标函数与设计变量的敏感性关系。结合基于Hicks-Henne函数的三维叶片参数化方法和最速下降法建立了气动形状优化设计系统。针对1.5级压气机第二排叶片的反设计验证了该优化系统的有效性;以进、出口熵增为目标函数改型设计某1.5级超音压气机,改型后气动性能明显提升。     

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。     

正反问题数值解法相结合三维叶片的优化设计

本文讨论了叶轮机械中三维叶片的优化方法，并利用二维正反问题程序和三维Ｎ－Ｓ正问题程序作为工具，将二维叶型的改型与三维叶片的周向弯曲两种优化设计技术相结合，对工程应用中—实际叶片进行了改型优化。数值分析表明，取得了较好的优化效果。     

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。     

基于振动性能优化的风力机叶片设计

风轮是风力机最重要的部件之一,设计良好的风轮是风力机获得较高风能利用系数和较大经济效益的基础.本文应用Wilson气动理论设计了 100 W 水平轴风力机叶片,并兼顾振动性能对设计参数进行修正.对设计的风轮进行了模态实验和气动外特性实验,实验结果表明,所设计的风力机在低风速时基本能够达到设计的风能利用系数,并使得风力机在运行时避开转速共振区,延长风轮寿命,从而降低设计成本.     

应用自适应遗传算法的气动优化设计

对简单遗传算法(SGA)加以改进,形成了气动优化设计中的自适应遗传算法(SAGA)。采用实数编码来表示种群中的个体,不需要进行二进制的编码和解码操作,并针对具体问题设计了杂交和变异算子,提高了优化设计的质量和效率。最后分别以翼型和机翼为例,应用自适应遗传算法对跨音速翼型和机翼的升阻比进行优化设计。     

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。     

高负荷低压涡轮的多级气动优化设计

采用多级涡轮气动优化设计流程对某四级高负荷低压涡轮进行多级气动优化设计.首先采用准三维设计减少静叶叶片数,并初步提高性能,然后应用多级局部优化进一步提高总体性能.优化联合采用人工神经网络和遗传算法对各列叶栅进行三维局部优化.流场计笄采用全三维粘性流N-S方程求解.通过优化设计,改变了级负荷系数和切向升力系数在各级中的分布,改善了各列的性能,总效率提高0.6%,总流量基本不变,总体性能提高.     

考虑冷气掺混的涡轮分层次气动优化设计体系

通过将优化理论引申到涡轮气动设计体系中,建立具有自动优化设计能力的燃气涡轮分层次优化设计体系,给出优化设计体系框图和计算系统的基本架构,分析了各层次优化设计解决的问题和解决问题的过程.为了实现三维多级优化,介绍了基于流场分析的局部优化策略和参数组群组合优化.为适应燃气轮机涡轮的气动设计,在这一体系中每一个程序都要考虑冷气掺混.实例表明,该设计体系下的设计过程快速高效.     

叶轮机械叶栅多目标多学科设计优化算法

提出了基于多目标寻优的叶轮机械叶栅多学科设计优化算法,方法包括:采用并行多目标差分进化算法作为优化求解器来搜寻叶栅多学科设计优化问题的Paxeto解集,采用非均匀B样条方法对叶片型面进行参数化处理,通过求解Reynolds-Avergaed Navier-Stokes方程评估叶片的气动性能,耦合气动计算得到的叶片表面压力,应用有限元分析方法预测叶片的强度性能.为证明本文方法的实用性,选择叶片的等熵效率和叶片应力为目标函数,完成了NASA Rotor 37转子叶栅的多学科设计优化,结果表明本文提出的多学科设计优化算法具有良好的优化性能.