基于并行遺傳算法的風(fēng)扇-壓氣機(jī)葉片氣動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、數(shù)值氣動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法是計(jì)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(dòng)設(shè)計(jì)方法，它較少地依賴設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)，能實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)和多設(shè)計(jì)參數(shù)組合優(yōu)化設(shè)計(jì)，但是該方法對(duì)流場(chǎng)計(jì)算精度和計(jì)算機(jī)速度要求較高，直到近些年，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展得以快速發(fā)展。
　　 本文風(fēng)扇/壓氣機(jī)的數(shù)值氣動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)重點(diǎn)研究四個(gè)關(guān)鍵技術(shù)：研究耗時(shí)少、計(jì)算較準(zhǔn)確的葉片通道流場(chǎng)數(shù)值計(jì)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(jì)算機(jī)輔助幾何設(shè)計(jì)技術(shù)，研究

2、三維葉片造型的參數(shù)化方法；研究以氣動(dòng)性能為目標(biāo)的多目標(biāo)函數(shù)構(gòu)建方法。本文編制大量程序源代碼實(shí)現(xiàn)了上述氣動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)，并在此基礎(chǔ)上展開(kāi)下列具體工作：
　　 研究了葉片通道流場(chǎng)計(jì)算方法。針對(duì)雷諾平均三維NS方程流場(chǎng)計(jì)算耗時(shí)較長(zhǎng)，本文利用Denton的粘性體積力流場(chǎng)計(jì)算方法編制程序，對(duì)葉片通道流場(chǎng)進(jìn)行了仿真計(jì)算，大大縮短了流場(chǎng)計(jì)算耗時(shí)。通過(guò)美國(guó)NASA 67和37號(hào)轉(zhuǎn)子計(jì)算算例，探索出該程序經(jīng)驗(yàn)參數(shù)設(shè)置規(guī)律；并將粘性體積力方法的

3、計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、NUMECA軟件計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較，驗(yàn)證了粘性體積力方法的準(zhǔn)確性。
　　 研究了高效率的并行遺傳算法。采用實(shí)數(shù)編碼、自適應(yīng)算子、小生境技術(shù)等對(duì)基本遺傳算法進(jìn)行改進(jìn)，提高了搜索效率和全局尋優(yōu)能力；采用WinSock通訊機(jī)制、多線程技術(shù)、主從結(jié)構(gòu)體系，實(shí)現(xiàn)了基于局域網(wǎng)多臺(tái)計(jì)算機(jī)或服務(wù)器多CPU并行優(yōu)化，大幅度縮短了優(yōu)化時(shí)間。
　　 研究了風(fēng)扇/壓氣機(jī)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(zhǎng)都作為設(shè)計(jì)變量的多變量組合優(yōu)化設(shè)計(jì)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(dá)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(jì)、前后掠設(shè)計(jì)和葉片弦長(zhǎng)設(shè)計(jì)與計(jì)算機(jī)輔助幾何設(shè)計(jì)方法的三維旋轉(zhuǎn)、平移和縮放建立對(duì)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(jì)前，需預(yù)先給定初始葉片。通過(guò)對(duì)

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