基于葉片彎掠技術的優化設計

 摘要：在三維粘性流場的數值計算程序平臺上，利用BP神經網絡和遺傳算法，通過葉片彎掠技術對一軸流風機的轉子葉片的周向彎曲角度進行尋優，以使風扇的氣動性能進一步提高。通過對比優化前、后的葉輪發現，優化之后的葉片呈現明顯的周向前彎曲特征。測試結果顯示，其全壓和氣動效率分別提高了3.56％和1.27％，失速裕度大幅度拓寬36％以上，上、下端部的損失進一步降低。
關鍵詞：周向前彎葉片，人工神經網絡，遺傳算法，優化設計
中圖分類號：TH432.1   文獻標識碼：A
 
Optimization Design Based on Skewed and Swept Blade TechniqueLI Yang OU YANG-Hua DU Zhao-Hui
(Turbomachinery Laboratory of Shanghai Jiaotong University, Shanghai 200030, China)
Abstract: Based on a program for solving 3D viscous flow fields, an aerodynamic optimization design was conducted to the rotor blade (archetypal rotor blade) of anaxial flow fan with back-propagation neural network andgenetic algorithm. By skewed and swept blade technique, the optimized rotor blade having better aerodynamic performance is obtained. The results show that the optimized rotor blade is circumferential forward-skewed blade. Compared with the archetypal rotor blade, the total pressure rise and the total pressure efficiency of the optimized rotor are increased by 3.56% and 1.27% respectively. Its stall margin is greatly extended by more than 36%. At the same time, the loss in the upper and lower endwalls of the fan is reduced further.
Key words: Circumferential forward-skewed blade; Artificial Neural Network (ANN); Genetic Algorithm (GA); Optimization design
    1前言
隨著計算機技術和各種尋優算法的不斷發展，在葉輪機械領域，利用某些算法進行葉片的優化設計來提高葉輪的性能已經成為可能。許多學者利用遺傳算法、模擬退火法、梯度法、響應面法等對各種葉輪的靜子和轉子葉型進行了優化設計，結果顯示，通過一些優化方法可以進一步地提高葉輪的效率，改善葉片表面的壓力分布，降低了邊界層的流動損失，同時也縮短了設計周期【1－7】。
然而，當前的優化設計多是針對改進二維葉型，對于能夠減小葉輪的內部流動損失、提高氣動效率最為重要的手段之一的彎掠葉片技術【8－10】，在葉片優化計算中應用的公開報告還比較少。
本文利用雷諾平均N-S方程組數值計算程序，基于人工神經網絡BP算法和遺傳算法的數值優化程序，基于葉片彎掠技術對一軸流風扇轉子葉片進行了優化設計，通過尋找合適的周向彎曲角度，來獲得具有最優氣動性能的風扇葉片，并對優化前、后的葉片在葉片形狀、氣動性能以及出口流場進行了對比分析。
    2研究模型
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