基于響應(yīng)面法的貫流式水輪機(jī)多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、如何提高水輪機(jī)的總體性能一直是水力機(jī)械研究領(lǐng)域研究者所關(guān)注的熱點(diǎn)。隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，開發(fā)低水頭水力資源已經(jīng)勢(shì)在必行，貫流式水輪機(jī)也越來越多的被應(yīng)用到工程實(shí)際當(dāng)中。因此研究貫流式機(jī)組的內(nèi)在運(yùn)行機(jī)理，改善其綜合的水力性能，是十分有意義的。
　　 本文針對(duì)貫流式水輪機(jī)的特點(diǎn)，發(fā)展了一種基于響應(yīng)面法(RSM)的水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片水力優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。該方法以貫流式轉(zhuǎn)輪葉片的形狀參數(shù)為優(yōu)化變量，以轉(zhuǎn)輪的能量性能和空化性能為目標(biāo)函數(shù)，將梯

2、度法和NSGA-Ⅱ遺傳算法引入作為優(yōu)化工具來實(shí)現(xiàn)葉片的多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)。
　　 論文將貫流式轉(zhuǎn)輪葉片作為優(yōu)化設(shè)計(jì)對(duì)象，葉片翼型骨線用Bézier曲線參數(shù)化，并通過UG二次開發(fā)grip語言編程實(shí)現(xiàn)，同時(shí)考慮了葉片進(jìn)水邊的變化。采用單因素分析法選取出對(duì)目標(biāo)較敏感的四個(gè)參數(shù)，基于響應(yīng)面法安排CCD試驗(yàn)，完成設(shè)計(jì)空間采樣，有效降低了試驗(yàn)樣本數(shù)量，并使用CFD數(shù)值模擬方法對(duì)樣本點(diǎn)進(jìn)行全流道定常計(jì)算，以貫流式水輪機(jī)能量性能(水力效率)和空化性

3、能(葉片最低壓力)作為評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)，構(gòu)造了兩個(gè)二階響應(yīng)面近似模型，通過梯度法和NSGA-Ⅱ遺傳算法分別對(duì)響應(yīng)面的二階多項(xiàng)式函數(shù)進(jìn)行尋優(yōu)操作，得出最終的優(yōu)化結(jié)果。
　　 對(duì)某電站貫流式水輪機(jī)進(jìn)行了多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)，結(jié)果表明優(yōu)化后的葉片不僅流動(dòng)損失減少了，而且最低壓力也得到了極大的提高，結(jié)果可行。同時(shí)表明本文提出的水力優(yōu)化設(shè)計(jì)方法能夠以較少的設(shè)計(jì)變量控制葉片幾何形狀，并能通過試驗(yàn)設(shè)計(jì)有效的減少優(yōu)化問題的規(guī)模，得到比較滿意