基于并行遺傳算法的風扇-壓氣機葉片氣動優(yōu)化設(shè)計.pdf

1、數(shù)值氣動優(yōu)化設(shè)計方法是計算流體力學(xué)和數(shù)值最優(yōu)化理論相結(jié)合的一種跨學(xué)科自動設(shè)計方法，它較少地依賴設(shè)計人員的經(jīng)驗，能實現(xiàn)多目標優(yōu)化設(shè)計和多設(shè)計參數(shù)組合優(yōu)化設(shè)計，但是該方法對流場計算精度和計算機速度要求較高，直到近些年，隨著計算機技術(shù)的發(fā)展得以快速發(fā)展。
　　 本文風扇/壓氣機的數(shù)值氣動優(yōu)化設(shè)計重點研究四個關(guān)鍵技術(shù)：研究耗時少、計算較準確的葉片通道流場數(shù)值計算方法；研究具有良好尋優(yōu)能力的數(shù)值最優(yōu)化方法；利用計算機輔助幾何設(shè)計技術(shù)，研究

2、三維葉片造型的參數(shù)化方法；研究以氣動性能為目標的多目標函數(shù)構(gòu)建方法。本文編制大量程序源代碼實現(xiàn)了上述氣動優(yōu)化設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)，并在此基礎(chǔ)上展開下列具體工作：
　　 研究了葉片通道流場計算方法。針對雷諾平均三維NS方程流場計算耗時較長，本文利用Denton的粘性體積力流場計算方法編制程序，對葉片通道流場進行了仿真計算，大大縮短了流場計算耗時。通過美國NASA 67和37號轉(zhuǎn)子計算算例，探索出該程序經(jīng)驗參數(shù)設(shè)置規(guī)律；并將粘性體積力方法的

3、計算結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)、NUMECA軟件計算結(jié)果進行比較，驗證了粘性體積力方法的準確性。
　　 研究了高效率的并行遺傳算法。采用實數(shù)編碼、自適應(yīng)算子、小生境技術(shù)等對基本遺傳算法進行改進，提高了搜索效率和全局尋優(yōu)能力；采用WinSock通訊機制、多線程技術(shù)、主從結(jié)構(gòu)體系，實現(xiàn)了基于局域網(wǎng)多臺計算機或服務(wù)器多CPU并行優(yōu)化，大幅度縮短了優(yōu)化時間。
　　 研究了風扇/壓氣機三維葉片基于修改量的參數(shù)化方法。這里提出了以葉片積疊線、葉

4、片型面、子午面流道和葉片弦長都作為設(shè)計變量的多變量組合優(yōu)化設(shè)計思想。在葉片型面參數(shù)化中，引入借鑒多重網(wǎng)格法和Beizer遞推算法的多層參數(shù)化方法，并與遺傳算法結(jié)合，達到提高尋優(yōu)效率的目的。為了統(tǒng)一規(guī)范積疊線參數(shù)化描述，將葉片的彎曲設(shè)計、前后掠設(shè)計和葉片弦長設(shè)計與計算機輔助幾何設(shè)計方法的三維旋轉(zhuǎn)、平移和縮放建立對應(yīng)關(guān)系，構(gòu)造葉片參數(shù)化方法的矩陣公式。
　　 本文采用了基于修改量的參數(shù)化方法，在優(yōu)化設(shè)計前，需預(yù)先給定初始葉片。通過對

5、任意回轉(zhuǎn)面與平面葉柵流動分析，明確了兩者流動差別，最終選擇基于回轉(zhuǎn)面流動方法進行葉型設(shè)計。初始葉片由任意回轉(zhuǎn)面葉型沿徑向疊加形成。
　　 將風扇/壓氣機優(yōu)化設(shè)計各個關(guān)鍵技術(shù)研究形成的模塊整合成優(yōu)化設(shè)計軟件。軟件各模塊通過全局變量執(zhí)行數(shù)據(jù)傳輸，既保證了各模塊的相對獨立，又便于軟件編寫、調(diào)試和功能擴展。軟件具有使用簡便的用戶界面；具有二維、三維葉片并行優(yōu)化設(shè)計功能；并有較豐富的計算結(jié)果后處理及結(jié)果圖形顯示能力。多個二維葉型和三維葉片