基于NSGA-Ⅱ算法的軸流式葉片優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、轉(zhuǎn)輪是水輪機(jī)的核心部件,轉(zhuǎn)輪設(shè)計(jì)的好壞直接關(guān)系到水輪機(jī)的效率、運(yùn)行穩(wěn)定性和空化性能。為了提高水輪機(jī)的總體性能,水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的水力設(shè)計(jì)理論與方法一直是水力機(jī)械研究領(lǐng)域關(guān)注的熱點(diǎn)。本文針對(duì)軸流式水輪機(jī)葉片的水力優(yōu)化設(shè)計(jì)方法進(jìn)行研究,綜合Bezier曲線參數(shù)化技術(shù),全三維粘性CFD計(jì)算方法和NSGA-Ⅱ遺傳算法,發(fā)展了一種基于NSGA-Ⅱ的適用于軸流式轉(zhuǎn)輪葉片的CAD-CFD聯(lián)合的多目標(biāo)水力優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。該方法以軸流式轉(zhuǎn)輪葉片的形狀參數(shù)為優(yōu)化變

2、量,以轉(zhuǎn)輪的能量性能和空化性能為目標(biāo)函數(shù),將NSGA-Ⅱ遺傳算法引入作為優(yōu)化工具來(lái)實(shí)現(xiàn)葉片的多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)。這種多目標(biāo)水力優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的優(yōu)化過(guò)程全部由計(jì)算機(jī)仿真完成,提高了設(shè)計(jì)工作的效率。將ZZ440軸流式轉(zhuǎn)輪葉片作為優(yōu)化設(shè)計(jì)的對(duì)象,以Bezier曲線參數(shù)化技術(shù)為基礎(chǔ),采用了葉片進(jìn)口邊沿軸向變化、葉片進(jìn)口邊沿軸向和周向變化、葉片進(jìn)出口邊分別在軸向和周向同時(shí)變化的三種參數(shù)化方法對(duì)軸流式葉片進(jìn)行了表達(dá),然后分別將這三種方法表達(dá)的軸流式葉片與

3、具有NSGA-Ⅱ算法的CAD-CFD聯(lián)合優(yōu)化方法相結(jié)合進(jìn)行了軸流式葉片的多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì),并對(duì)三種參數(shù)化方法的優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行比較,發(fā)現(xiàn)將葉片的進(jìn)出口邊位置都作為設(shè)計(jì)變量參加優(yōu)化的參數(shù)化方法是相對(duì)來(lái)說(shuō)最好的。接下來(lái),采用本方法進(jìn)行了某電站水輪機(jī)模型活動(dòng)導(dǎo)葉的水力性能優(yōu)化設(shè)計(jì)。優(yōu)化后導(dǎo)葉流道的進(jìn)出口總壓損失減少了26.97％,并且導(dǎo)葉表面上的最低靜壓力值上升了34.176%。優(yōu)化后的導(dǎo)葉不僅流動(dòng)損失減少了,而且也具有了更好的空化性能。計(jì)算結(jié)果表