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离心压缩机叶轮的响应面优化设计Ⅰ:设计方法

1 目叮舌工业部门对透平机械的性能要求越来越高,同时也希望设计成本更低、设计周期更短。一随着CFD技术的发展,对透平内部流动进行比较准确的模拟成为可能,但仅仅用CFD完成对设计方案的评估已远远不够。更重要的是利用CFD技术结合数值优化方法对透平机械进行优化设计。透平机械内部流动是复杂的三维粘性流动,流动性能依赖于各个部件的性能以及部件之间的配合。对于单个部件来讲,性能取决于不同设计参数之间的影响。CFD计算提供了部件内部流动性能的海量信息,数值优化方法则用于有效分析信息,寻找设计参数之间的最佳组合。数值优化方法主要有梯度类方法及探索性方法。前者如二次规划、共扼梯度法等等,需要大量的梯度运算和灵敏度分析;后者如遗传算法、模拟退火算法,是基于进化理论,利于寻找设计空间的全局最优解。这些方法均需要大量的梯度计算或优化目标的评估计算,由于透平机械气动性能的计算本身计算量就非常大,进行如此大规模的计算显然成本太高,因此一种建立在“近似模型...  (本文共3页) 阅读全文>>

上海交通大学
上海交通大学

基于CFD流场分析的多工况多约束条件的叶片优化设计方法与实验研究

随着全球市场竞争日益激烈,提高性能、降低研发成本和缩短设计周期的压力迫使叶轮机械设计工作者不断改进设计方法。近年来,CFD技术被广泛地应用于叶轮机械内部的三维粘性流场的数值模拟,其有效性逐步得到了研究者的肯定。同时,多种性能优良的优化算法也不断被推出。而计算机软硬件的飞速发展使得将CFD技术与优化算法相结合进行叶轮机械优化设计成为可能。本文着眼于叶轮机械叶片及叶轮的优化设计方法的实现,对相关优化设计算法进行了较为全面深入的研究。根据不同优化对象的特点,发展了适合叶轮机械叶片及叶轮的多工况多约束条件的优化设计方法,并将其成功地应用于相应的优化算例中。为了在计算时间与计算精度之间寻求良好的平衡,使CFD技术可以有效地应用于叶轮机械的气动优化设计,作者研究了叶轮机械定常流动数值模拟中RANS方程的空间离散形式与求解方法,阐述了代数Balding-Lomax模型、一方程Sparlart-Allmaras模型和标准k-ε模型的构造形式,并...  (本文共192页) 本文目录 | 阅读全文>>

大连理工大学
大连理工大学

径流叶轮机械参数化造型方法研究

叶片几何造型是叶轮机械设计中的关键步骤,其精度高低是决定叶型能否满足设计和加工要求的重要因素。本文针对离心压气机叶轮与径流涡轮叶片,研究了基于NURBS曲线描述叶轮子午面、中弧线和厚度分布的参数化方法,解决了造型过程中坐标转换及叶型积叠等问题,发展了一种适用于径流式叶轮机械叶片的参数化造型方法并开发出相应的计算机程序,为后续的优化设计提供几何基础。将发展的叶片参数化造型体系、三维CFD计算分析和数值优化进行集成,采用拉丁超立方方法进行试验设计分析,通过构建二阶响应面近似模型并采用自适应模拟退火算法,构建了适用于径流叶轮机械的优化平台,实现了全局最优的气动优化设计。并且本文将该平台应用到具体的径流叶轮之中。以Krain离心叶轮为基准。基于发展的参数化造型体系还原叶型,通过三维数值计算对比分析造型所得叶轮和原叶轮气动性能,验证了参数化造型的有效性;以叶顶和叶根两截面中弧线控制点为设计变量,开展了气动优化设计,采用三维数值计算,详细对...  (本文共60页) 本文目录 | 阅读全文>>

东北大学
东北大学

大型离心压缩机叶轮的可靠性稳健设计

叶轮是离心压缩机高速转子的核心部件,压缩机叶轮使气流加速、增压、升温,而本身则主要承受离心力、气动力、激振力、外物冲击等循环交变载荷与动载荷作用。它的结构、工作状态和工作环境十分复杂。在叶轮的高应力区,这些载荷与叶轮本身的焊接残余应力叠加作用,使叶轮容易产生应力集中过大,产生裂纹甚至发生破坏。叶轮的可靠性直接影响到整个压缩机组的正常运转,甚至影响到整个机组的安全。因此,研究和分析叶轮的可靠性能已经成为迫切需要的问题。本文在广泛吸收国内外机械强度设计以及可靠性稳健设计研究成果的基础上对大型离心压缩机叶轮在离心力作用下结构可靠性问题进行了大量的研究。研究工作主要分为两部分,第一部分对单独的叶轮进行强度分析,得到了离心力作用下叶轮的结构变形和应力分布状况,以及危险部位的应力值,以降低成本为原则,结合神经网络技术,对叶轮进行了可靠性设计;并结合神经网络技术以及可靠性灵敏度方法,对叶轮结构进行了可靠性稳健设计,使其在满足可靠度的前提下,对...  (本文共104页) 本文目录 | 阅读全文>>

《内蒙古科技大学学报》2017年02期
内蒙古科技大学学报

离心压缩机叶轮应力分析及优化

叶轮是离心式压缩机的核心部件之一,由前端盖、后端盖和叶片组成,叶轮受力情况复杂,在工作状态下承受自身的离心力、振荡力等循环交变载荷的作用.叶轮在运行中发生的失效形式主要有疲劳断裂、介质腐蚀、屈服形变、振动裂纹等,文献[1]对叶轮在受到介质压力和离心力情况下进行了受力变形分析;文献[2]对叶轮受到剪应力的情况下进行了耦合分析,如何有效降低叶轮的最大应力值仍是当今研究的热点问题.有限元法充分考虑到叶轮的复杂结构、多样的边界条件及约束等问题,可以快速而准确地对叶轮的应力进行求解,直观反映叶轮结构的应力、变形等.三维设计软件Solid Works具有强大的建模功能,依据主要的模型参数,建立有限元仿真分析的复杂的三维模型,Simulation是Solidworks软件中一个针对三维模型进行有限元分析的插件,基于原模型的基础上进行有限元分析,由于Solidworks的建模与Simulation的完美结合,并且在同一个软件上运行,在多次进行模...  (本文共3页) 阅读全文>>

《中国机械工程》2017年15期
中国机械工程

离心压缩机叶轮主动再制造设计和时机调控方法

0引言离心压缩机是技术密集典型化的机电产品,广泛应用于石油、化工、电力和能源等国民经济支柱产业,随着国家可持续发展重大战略的推进,离心压缩机的再制造研究也愈发重要。而叶轮又是离心压缩机等大型旋转机械的主要承力和做功部件,其性能直接影响整个压缩机组运行的安全性和可靠性[1]。由于叶轮结构复杂、服役状态参差不一,故离心压缩机叶轮的再制造设计具有挑战性。国内已经有许多学者对叶轮再制造进行了研究,张洪潮等[2]通过模拟压缩机叶轮在通电瞬间的电流密度、温度场和应力场的分布,提出了阻止叶轮疲劳裂纹扩展的方法;舒林森等[3]针对再制造叶轮结构特征的三维建模问题,提出了叶轮结构特征重构方法,构建了再制造叶轮零部件服役寿命预测模型;许磊等[4]为了提高离心压缩机再制造叶轮仿真实验的仿真精度与求解效率,提出了一种基于拓扑的再制造叶轮六面体结构网格划分方法;刘慧杨[5]通过模拟不同工况下的叶轮,采集力学状态数据,分析了叶轮的工作转速和过盈量对其接触压...  (本文共9页) 阅读全文>>

《通用机械》2017年09期
通用机械

基于有限元法的离心压缩机叶轮过盈问题探究

一、前言离心式压缩机主要用来输送气体并提高气体的压力,广泛应用于现代石油、化工、制冷、动力及冶金等行业。离心压缩机获得较高的性能需要优秀的空气动力学设计,而离心式叶轮是其中最为重要的部件。通常叶轮与转轴之间采用过盈连接,即采用过盈配合实现连接的一种连接方式,可传递足够的扭矩以满足叶轮做功需要。在叶轮的前期设计中,过盈量的合理设计是一项重要工作。过盈量过高将导致叶轮局部应力过高、转轴易弯曲、装配工艺性差;过低将导致过盈接触压力不足从而无法提供足够的摩擦力造成叶轮松动,或者摩擦力矩不足以满足叶轮所需要传递的扭矩。叶轮与轴接触状态的影响因素往往是复杂多样的,所以想通过试验法获得精确的、定量的过盈量是异常困难的。而有限元法作为复杂工程结构的仿真方法,早已得到全世界的广泛认可。不需要昂贵的试验费用预算,通过有限元法,结构被离散为有限数量的弹性结构单元,在计算机程序中进行运算得出预估的结构力学性能。影响叶轮与轴过盈状态的因素很多,目前认为主...  (本文共4页) 阅读全文>>