基于多源約束的機(jī)車用冷卻風(fēng)機(jī)方案設(shè)計(jì)與優(yōu)化研究.pdf

1、碩士學(xué)位論文基于多源約束的機(jī)車用冷卻風(fēng)機(jī)方案設(shè)計(jì)與優(yōu)化研究ProjectDesignandOptimizationResearchofLocomotiveCoolingFansBasedonMultisourceConstraints作者學(xué)科、堂一姓名：專業(yè)：口丐：指導(dǎo)教師：壬墮趑!塾攮2一完成日期：2014年5月大連理工大學(xué)DalianUniversityofTechnology大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要通風(fēng)機(jī)是廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)各

2、個(gè)領(lǐng)域的通用流體機(jī)械。由于通風(fēng)機(jī)壓升低，單臺(tái)能耗少，因此得不到足夠重視，設(shè)計(jì)理論尚不完善。然而各種調(diào)查數(shù)據(jù)表明，消耗于驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)的能量約占年總發(fā)電量的10％，可見雖然單臺(tái)通風(fēng)機(jī)能耗較低，但在國(guó)民生產(chǎn)中，其總耗能量占有極大比例。因此，提高通風(fēng)機(jī)的性能及效率，對(duì)節(jié)能降耗具有極其重要的意義。傳統(tǒng)通風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)，是通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)并不斷改進(jìn)得到性能優(yōu)良的風(fēng)機(jī)，針對(duì)不同流量和壓力做成通風(fēng)機(jī)譜系，再次應(yīng)用時(shí)在譜系中選擇，或者通過(guò)相似變換得到對(duì)應(yīng)的通風(fēng)機(jī)。

3、隨著中國(guó)鐵路不斷呈現(xiàn)出更加高速、重載的特點(diǎn)，其對(duì)內(nèi)部發(fā)熱元件的冷卻通風(fēng)要求越來(lái)越高，國(guó)內(nèi)通風(fēng)機(jī)譜系中對(duì)應(yīng)的通風(fēng)機(jī)已經(jīng)不能滿足其冷卻通風(fēng)要求，現(xiàn)大多依賴進(jìn)口。盡快提高通風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)研發(fā)能力，代替進(jìn)口，成為目前亟待解決的問(wèn)題。本文以3個(gè)工程實(shí)例為背景，應(yīng)用CFD方法和優(yōu)化理論，研究風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)變化對(duì)其性能的敏感性，探索進(jìn)口風(fēng)機(jī)在轉(zhuǎn)速降低，結(jié)構(gòu)尺寸不變情況下的國(guó)產(chǎn)化設(shè)計(jì)方法，并應(yīng)用于機(jī)車牽引風(fēng)機(jī)的性能改進(jìn)中。其中第一部分，對(duì)某機(jī)車一號(hào)轉(zhuǎn)向架用離

4、心冷卻風(fēng)機(jī)進(jìn)行國(guó)產(chǎn)化設(shè)計(jì)。主要應(yīng)用CFD方法，從設(shè)計(jì)要求出發(fā)，針對(duì)設(shè)計(jì)難點(diǎn)，根據(jù)通風(fēng)機(jī)基本原理進(jìn)行多方案的葉輪一維氣動(dòng)設(shè)計(jì)、三維建模、數(shù)值模擬分析；總結(jié)幾何參數(shù)對(duì)性能的敏感性；選擇最優(yōu)方案進(jìn)行對(duì)應(yīng)的多方案蝸殼氣動(dòng)設(shè)計(jì)，完成建模及數(shù)值模擬；最后得到最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。第二部分，以CKDOA內(nèi)燃機(jī)車用牽引冷卻離心通風(fēng)機(jī)的性能校核為背景，結(jié)合CFD數(shù)值計(jì)算方法，對(duì)比校核數(shù)值計(jì)算結(jié)果與冷卻通風(fēng)要求，性能不能滿足，需要進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)：分析數(shù)值校核結(jié)果和

5、后處理圖，根據(jù)通風(fēng)機(jī)基本原理和第一部分通風(fēng)機(jī)葉輪幾何參數(shù)與性能的敏感性結(jié)論，確定該風(fēng)機(jī)的改進(jìn)設(shè)計(jì)方案；對(duì)該風(fēng)機(jī)進(jìn)行多方案改進(jìn)設(shè)計(jì)。第三部分，針對(duì)某大功率機(jī)車用軸流冷卻風(fēng)機(jī)葉輪的國(guó)產(chǎn)化問(wèn)題，基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)代理模型，結(jié)合三維雷諾平均NS方程進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。以葉片中弧線進(jìn)口角、出口角和葉片的安裝角為設(shè)計(jì)變量；以效率和靜壓升為優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)。采用隨機(jī)離散層取樣方式，生成樣本并進(jìn)行三維流動(dòng)分析，得到目標(biāo)函數(shù)的模擬值；優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果與原始模型相比在設(shè)計(jì)