优化方法及涡轮气动优化平台建立的研究

论文摘要

全三维的气动优化设计是涡轮气动优化设计的最终过程,但是直接进行全三维的优化设计会遇到很多的问题,三维计算规模庞大,需要考虑的问题较多,所以在三维设计之前进行充分的准三维计算,给定一个好的初值,三维优化设计时效果会好很多。将传统设计流程和现代设计概念相结合,形成一套完善的分层次优化设计系统是非常有必要的。本文首先阐述了涡轮气动设计体系与气动优化设计的发展历史。详述了一维和S2流面正问题气动优化设计的发展历史。系统介绍了本文所采用的S2优化设计系统,包括叶片造型、S2流面计算、优化方法及优化软件。本文针对一维和S2的程序,采用多岛共同进化、精英保留策略对简单遗传算法加以改进,对模拟退火算法从扰动模型和接受概率进行了研究,在编制程序过程中对优化算法的罚函数进行了处理,使得算法尽量满足叶轮机械气动优化设计的需要。并且对处理后算法进行了数值测试,结果显示通过改进的确提高了寻优的效率。本文利用一维和S2计算程序编制了气动优化平台,计算部分界面化,优化部分采用c#编写了优化算法。本文应用一维和S2流面正问题计算程序,考虑设计变量、目标函数、约束条件对一个涡轮进行了优化设计。通过优化过程遇到的问题为优化算法的改进提供帮助。应用本文所介绍的一维和S2优化设计系统,对某台涡轮进行了优化设计,其中包括高低压涡轮和四级动力涡轮。通过一维的优化确定基本参数。S2计算中高低压涡轮的整体等熵效率由87.1%提高到87.5%,动力涡轮的的等熵效率由91.7%提高到92.1%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 气动设计体系发展
• 1.3 优化设计方法综述
• 1.3.1 气动优化设计研究现状
• 1.3.2 可用于气动设计的优化方法
• 1.3.3 气动设计进化计算研究新动向
• 1.4 本文主要研究内容
• 第2章 涡轮气动分层优化体系
• 2.1 引言
• 2.2 分层优化体系
• 2.3 一维优化设计
• 2.4 S2 正问题优化
• 2.5 S1 正问题优化及单列三维优化
• 2.6 基于局部优化策略的多级三维优化
• 2.7 本章小结
• 第3章 优化方法的改进与应用
• 3.1 引言
• 3.2 遗传算法的改进与性能测试
• 3.2.1 遗传算法的基本理论
• 3.2.2 遗传算法的改进及约束处理方法
• 3.2.3 性能测试
• 3.3 模拟退火算法的改进与性能测试
• 3.3.1 模拟退火算法的基本理论
• 3.3.2 模拟退火算法的改进及约束处理
• 3.3.3 性能测试
• 3.4 本章小结
• 第4章 平台的建立
• 4.1 概述
• 4.2 总体结构设计
• 4.2.1 一维计算与优化平台的建立
• 4.2.2 S2 计算与优化
• 4.3 软件集成
• 4.4 本章小结
• 第5章 一维气动设计及优化
• 5.1 高压涡轮一维气动设计及优化
• 5.2 低压涡轮一维气动设计及优化
• 5.3 动力涡轮一维气动设计及优化
• 5.3.1 方案一
• 5.3.2 方案二
• 5.3.3 方案三
• 5.3.4 方案四
• 5.4 本章小结
• 第6章 S2 气动设计及优化
• 6.1 引言
• 6.2 叶片造型
• 6.3 S2 流面计算及优化
• 6.4 高低压涡轮S2 的计算及优化
• 6.4.1 优化参数约束变量说明及设置
• 6.4.2 沿叶高的参数
• 6.5 动力涡轮S2 的计算及优化
• 6.5.1 优化参数约束变量说明及设置
• 6.5.2 沿叶高的参数
• 6.6 对于S2 优化建议
• 6.7 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢