高水頭長短葉片混流式轉(zhuǎn)輪短葉片的多學科優(yōu)化.pdf

1、轉(zhuǎn)輪是水力機組的核心部件，也是水電運行中最容易受到破壞的部件。新型轉(zhuǎn)輪需要盡量提高效率，改善空蝕、磨蝕和應力集中等問題以改善整體性能，達到機組安全、經(jīng)濟的運行指標。帶有短葉片的轉(zhuǎn)輪具有高效區(qū)較寬、振動小、抗空蝕磨損等優(yōu)勢，發(fā)展前景廣闊。
　　在水力機械優(yōu)化設計過程中，優(yōu)化中的兩個重要的學科是水力性能和結(jié)構(gòu)性能。為了探索更好的水輪機優(yōu)化設計路線，縮短研發(fā)周期，確保機組穩(wěn)定、高效運轉(zhuǎn)，本文基于多學科優(yōu)化設計方法，同時考慮水輪機轉(zhuǎn)輪的水

2、力性能和結(jié)構(gòu)性能，對高水頭混流式水輪機轉(zhuǎn)輪短葉片進行多學科優(yōu)化設計。本文采用CFD計算與FEM分析相結(jié)合的優(yōu)化流程，以提升轉(zhuǎn)輪整體性能，優(yōu)化中將包括上冠下環(huán)在內(nèi)的轉(zhuǎn)輪整體考慮進去，以得到與實際更接近的應力分布。
　　通過采用UG二次開發(fā)的Open Grip語言編譯程序?qū)θ~片幾何進行參數(shù)化，運用：Bezier曲線擬合葉片各截面幾何翼型骨線，實現(xiàn)轉(zhuǎn)輪的參數(shù)化。優(yōu)化自變量為短葉片翼型骨線外形、翼型頭部偏移量、翼型相對厚度，約束條件為進出

3、口總壓差，優(yōu)化目標為轉(zhuǎn)輪效率、轉(zhuǎn)輪葉片最低靜壓值和轉(zhuǎn)輪最大靜應力，進行學科間耦合信息傳遞及各學科的分析，運用NSGA-Ⅱ多目標遺傳算法展開全局尋優(yōu)從而得到最終優(yōu)化結(jié)果。
　　本文基于NSGA-Ⅱ多目標遺傳算法分別對三個工況下的轉(zhuǎn)輪進行優(yōu)化，再通過超傳遞近似法對不同幾何在三個工況下的優(yōu)化目標進行加權(quán)，對加權(quán)目標函數(shù)進行比較，最終的優(yōu)化幾何選取大流量工況下優(yōu)化的幾何。優(yōu)化后的結(jié)果顯示，優(yōu)化后的轉(zhuǎn)輪效率得到提高，最低靜壓得到提升，最大靜