基于NUMECA和iSIGHT的葉輪機械三維氣動優(yōu)化設計的研究.pdf

1、葉柵作為葉輪機械熱功轉換的基本單元，其氣動設計理論與設計方法的研究，一直是國內外葉輪機械氣動熱力學領域關注的重點。隨著計算流體力學和現(xiàn)代優(yōu)化計算方法的飛速發(fā)展，葉輪機械的優(yōu)化設計技術得到了快速發(fā)展。但是葉輪機械的氣動優(yōu)化設計仍然是一個具有挑戰(zhàn)性的研究領域。本論文基于商業(yè)軟件NUMECA和iSIGHT優(yōu)化平臺開發(fā)了一個適用于于葉輪機械的全三維優(yōu)化設計系統(tǒng)，主要開展了以下幾個方面的工作： 首先，使用NUMECA軟件包中的Autobl

2、ade和Autoblade_fitting模塊將參考葉片進行參數(shù)化。將葉片積疊線用雙角度控制曲線進行擬合，選取了五個關鍵截面，每個截面葉型采用with endline的構造線定義模式來定義，中弧線定義為由四個控制參數(shù)構造的4次Bezier曲線，壓力面和吸力面都是關于中弧線的B樣條曲線。這為后續(xù)優(yōu)化設計工作提供了優(yōu)化設計變量。 其次，研究了NUMECA與iSIGHT的集成問題，將三維流體力學計算軟件與優(yōu)化平臺相結合，開發(fā)出一個三維

3、氣動優(yōu)化系統(tǒng)。系統(tǒng)包括三大部分：幾何模型控制模塊、網(wǎng)格自動生成模塊、數(shù)值計算模塊。 再次，提出和實現(xiàn)了適用于葉輪機械全三維設計的組合優(yōu)化方法。該組合優(yōu)化方法分為4個階段：對變量使用正交矩陣法進行試驗設計(DOE)分析階段、自適應模擬退火算法(ASA)全局搜索階段、響應面(RSM)近似建模階段，以及RSM和序列二次規(guī)劃法(NLPQL)相結合的局部尋優(yōu)階段。通過采用DOE方法，深入研究了設計變量的變化如何影響目標函數(shù)和約束，獲取設計

4、空間性質，抓住優(yōu)化問題的主要矛盾，減小了葉片氣動優(yōu)化問題的規(guī)模：對于葉輪機械葉片氣動優(yōu)化這種非線性多峰優(yōu)化問題，單純采用某種常規(guī)的數(shù)值優(yōu)化算法不能夠有效得到全局最優(yōu)解，通過采用ASA法進行全局搜索是得到初始近似全局解的有效途徑；通過RSM方法擬合復雜的響應關系，平滑設計空間“噪聲”，防止數(shù)值優(yōu)化方法陷入局部極值點，從而獲得了良好的魯棒性和適應性；在局部尋優(yōu)階段，采用了全三維流場數(shù)值模擬程序對近似模型進行校正，用NLPQL方法對近似模型進