低壓軸流風(fēng)機(jī)多目標(biāo)多工況優(yōu)化設(shè)計(jì)研究.pdf

1、軸流風(fēng)機(jī)因其流量大、噪聲低、運(yùn)行穩(wěn)定廣泛應(yīng)用于多種場(chǎng)合的通風(fēng)換氣及消防排煙。但現(xiàn)有的軸流風(fēng)機(jī)存在效率低，運(yùn)行工況范圍窄的缺陷，難以滿足現(xiàn)代工業(yè)高效低耗的要求。因此現(xiàn)有風(fēng)機(jī)如何采用CFD技術(shù)與優(yōu)化理論結(jié)合，實(shí)現(xiàn)高效性能范圍寬是開(kāi)發(fā)節(jié)能產(chǎn)品的關(guān)鍵問(wèn)題之一。本文以一款工業(yè)用低壓軸流風(fēng)機(jī)為研究對(duì)象，基于CFD數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果，采用多目標(biāo)多工況優(yōu)化設(shè)計(jì)方法對(duì)軸流風(fēng)機(jī)進(jìn)行改型，驗(yàn)證構(gòu)建的多目標(biāo)多工況優(yōu)化系統(tǒng)的可行性及其優(yōu)化效果的同時(shí)，旨在提高軸流風(fēng)

2、機(jī)的多個(gè)工況點(diǎn)的全壓、擴(kuò)大高效區(qū)的范圍，改善流動(dòng)的不穩(wěn)定性。
　?。?）通過(guò)數(shù)值模擬方法預(yù)測(cè)了三維全流道低壓軸流風(fēng)機(jī)在整個(gè)流量范圍內(nèi)的氣動(dòng)性能，并對(duì)選用的數(shù)值策略、邊界條件、網(wǎng)格大小進(jìn)行了驗(yàn)證，表明在此基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)值優(yōu)化設(shè)計(jì)是可行的。
　?。?）構(gòu)建了一套基于CFD流場(chǎng)計(jì)算的多目標(biāo)多工況優(yōu)化設(shè)計(jì)的流程，通過(guò)軸流風(fēng)機(jī)二維CLARKY翼型的多目標(biāo)多工況優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題，詳細(xì)介紹了優(yōu)化數(shù)學(xué)模型（包括優(yōu)化變量、優(yōu)化約束、優(yōu)化目標(biāo)）的構(gòu)建

3、過(guò)程，對(duì)比分析了優(yōu)化流程中的采用不同試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法和不同近似模型對(duì)優(yōu)化結(jié)果的影響，為三維軸流風(fēng)機(jī)的多目標(biāo)多工況優(yōu)化設(shè)計(jì)提供技術(shù)指導(dǎo)。
　　（3）針對(duì)三維軸流風(fēng)機(jī)的多目標(biāo)多工況優(yōu)化問(wèn)題，以一款單轉(zhuǎn)子軸流風(fēng)機(jī)為研究對(duì)象，通過(guò)傅里葉函數(shù)、高斯函數(shù)和冪函數(shù)對(duì)翼型弦長(zhǎng)、翼型圓弧半徑和翼型安放角沿葉片徑向的分布規(guī)律分別進(jìn)行參數(shù)化，并選擇函數(shù)的系數(shù)為優(yōu)化變量。四個(gè)工況下的最小全壓、最低效率和最大功率為性能約束條件；四個(gè)工況下的加權(quán)效率和加權(quán)全壓為

4、優(yōu)化目標(biāo)，并且基于模糊集理論確定四個(gè)不同工況下性能目標(biāo)權(quán)重的加權(quán)因子；同時(shí)比較了三種不同的多工況處理方法的優(yōu)劣。采用近似模型和多目標(biāo)遺傳優(yōu)化算法相結(jié)合的氣動(dòng)數(shù)值優(yōu)化策略對(duì)模型風(fēng)機(jī)進(jìn)行多目標(biāo)多工況優(yōu)化設(shè)計(jì)。最終優(yōu)化結(jié)果表明,優(yōu)化后風(fēng)機(jī)整個(gè)流量范圍內(nèi)的效率和全壓均有較大的提高，加權(quán)平均效率提高13.5％，加權(quán)平均壓力提高20.22%。
　　（4）對(duì)優(yōu)化前后風(fēng)機(jī)的內(nèi)流和動(dòng)態(tài)特性展開(kāi)研究，結(jié)果表明，優(yōu)化后風(fēng)機(jī)內(nèi)部流動(dòng)狀況和小流量工況下的流