CN111382539B - 一种基于通流计算的透平机械叶型优化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于通流计算的透平机械叶型优化方法，具体步骤如下：导入几何结构、通流计算设置、网格划分和通流计算，叶型优化设置；本发明基于TurboTides平台一维中线模块和几何结构模块，其中一维中线模块不仅为几何模块提供几何结构，还为通流计算提供的工况工质、损失系数、阻塞系数；几何模块中几何造型采用参数化造型，几何曲线提供大量的控制点，为叶型优化提供了多角度优化；基于通流结果计算叶片载荷，速度快，计算精度高；优化器包含四种优化算法，用户选择自由度大；并提供了可视化窗口，用户实时观测优化点，在优化结束后，系统自动返回最优解，智能化程度高。
Description
技术领域
本发明涉及透平机械叶型优化技术领域，具体来说是一种基于通流计算的透平机械叶型优化方法。
背景技术
透平机械作为主要部件广泛应用于各工业领域：航空航海航天系统，水利机械、能源转换装置蒸汽燃气轮机、天然气石油开采中的压缩机膨胀机泵等。透平机械主要通过叶轮转动完成能力转换的，叶轮中叶型对设备强度、使用寿命、能量转换效率等起着至关重要的作用。因此，透平机械中叶型优化设计显得尤为重要。
目前关于叶型优化的方法和软件虽然很多，但仍然存在以下问题：优化参数过于单一；优化速度比较慢、耗时长；叶片的几何造型过于粗糙，优化精度低；优化智能程度不高。基于此，需要研发一种基于通流计算的透平机械叶型优化方法，以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中叶型优化参数过于单一，优化速度慢、优化精度低、智能化程度不足等的缺陷，提供一种基于通流计算的透平机械叶型优化方法来解决上述问题。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种基于通流计算的透平机械叶型优化方法，其特征在于：包括以下步骤：
一、导入几何结构
向TurboTides平台几何结构模块导入几何结构时，可以将第三方软件几何模型直接导入，或由TurboTides平台一维中线设计分析结果，直接一键导入；
二、通流计算设置
对于通流计算的设置，包括工况工质、损失系数、阻塞系数的设置，系统默认值为一维中线设计分析结果中自动获取值，用户也可以自行设置；
三、网格划分和通流计算
根据几何结构模块提供的几何结构，自动划分网格，进行通流计算，根据通流计算结果，进行叶片载荷计算，并返回叶片最大载荷值，若通流计算失败，无法求解叶片载荷，叶片最大载荷值设置为10；
四、叶型优化设置
（1）优化参数设置：优化参数包括：叶根叶顶轮廓线、叶根叶顶叶片角分布曲线、叶根叶顶叶片厚度分布曲线。其中每条轮廓线提供3个控制坐标点，每条叶片角分布曲线提供5个控制点，每条叶片厚度分布曲线提供3个控制点，供用户选择。对选择的控制点需设置优化最大值，优化最小值，优化步长；
（2）优化目标设置：目标值设置为最大的叶片载荷，优化方法设置最小值；
（3）优化器设置：优化器提供了参数研究、网格自适应、有效优化、遗传算法四种优化算法；
同时提供了可视化窗口，实时显示优化动态，当寻找最优解时，系统退出优化返回最优解。
作为优选，上述步骤一中，导入几何结构包括从一维中线设计分析结果导入和第三方软件几何模型导入。
作为优选，上述步骤二中，通流计算设置提供系统自动获取一维设计分析结构，同时提供设置窗口，增加用户自由度。
作为优选，上述步骤三中，叶片载荷分布根据通流计算结果进行计算，并系统自动求解叶片最大载荷。
作为优选，上述步骤四中,所提供的叶型优化参数有叶根叶顶的轮廓线、叶片的叶片角分布曲线、叶片厚度分布曲线；所提供优化算法包括参数研究、网格自适应、有效优化、遗传算法，以及优化结束后自动返回最优解。
本发明的一种基于通流计算的透平机械叶型优化方法，与现有技术相比，具有以下优点：
（1）本发明基于TurboTides平台一维中线模块和几何结构模块，其中一维中线模块不仅为几何模块提供几何结构，还为通流计算提供精确和匹配的工况工质、损失系数、阻塞系数，几何模块中几何造型采用参数化造型，几何曲线提供大量的控制点，为叶型优化提供了多角度优化，通流计算依托于来自几何造型中的子午流道网格，精确的几何结构为通流计算、载荷分布计算、叶型优化提供了可靠的保证；
（2）本发明基于通流结果计算叶片载荷，速度快，计算精度高；优化器包含四种优化算法，用户选择自由度大；并提供了可视化窗口，用户实时观测优化点，在优化结束后，系统自动返回最优解，智能化程度高。
附图说明
图1为本发明的一种基于通流计算的透平机械叶型优化方法流程图；
图2为本发明的实施例1中的导入几何结构示意图；
图3为本发明的实施例1中的通流计算设置示意图；
图4为本发明的实施例1中的流体工质设置示意图；
图5为本发明的实施例1中的通流网格示意图；
图6为本发明的实施例1中的叶片载荷分布线图；
图7为本发明的实施例1中的优化参数设置示意图；
图8为本发明的实施例1中的目标值设置示意图；
图9为本发明的实施例1中的优化器设置示意图；
图10为本发明的实施例1中的可视化窗口示意图。
具体实施方式
为使对本发明的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，用以较佳的实施例及附图配合详细的说明，说明如下：
实施例1
参照图1-10，本发明公开了一种基于通流计算的透平机械叶型优化方法，具体步骤为：导入几何结构、通流计算设置、网格划分和通流计算，叶型优化设置。其中：
导入几何结构，从TurboTides平台一维中线设计分析结果中，直接导入几何结构，如图2所示；
通流计算设置，系统自动从一维中线设计分析结果中获取，并设置为默认值，用户也可以自行设置，如图3、图4所示。
网格划分和通流计算，在优化过程中，每次更新几何结构后，系统自动进行网格划分，通流计算，并计算叶片载荷分布和叶片载荷最大值。网格如图5所示，载荷分布如图6所示。
叶型优化设置。对于优化参数设置，用户可以根据需要选择优化参数并设置最大值，最小值，步长，如图7所示。优化目标设置，目标值设置为最大的叶片载荷，优化方法设置最小值，如图8所示。优化器设置，用户可以根据需要选择优化器，如图9所示。点击可视化窗口，点击运行，系统开始根据优化设置，对叶型进行优化，寻求最优解，并结束后返回最优解，如图10所示。
综上所述，本发明的一种基于通流计算的透平机械叶型优化方法，与现有技术相比，具有以下优点：
（1）本发明基于TurboTides平台一维中线模块和几何结构模块，其中一维中线模块不仅为几何模块提供几何结构，还为通流计算提供精确和匹配的工况工质、损失系数、阻塞系数，几何模块中几何造型采用参数化造型，几何曲线提供大量的控制点，为叶型优化提供了多角度优化，通流计算依托于来自几何造型中的子午流道网格，精确的几何结构为通流计算、载荷分布计算、叶型优化提供了可靠的保证；
（2）本发明基于通流结果计算叶片载荷，速度快，计算精度高；优化器包含四种优化算法，用户选择自由度大；并提供了可视化窗口，用户实时观测优化点，在优化结束后，系统自动返回最优解，智能化程度高。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
Claims (5)
1.一种基于通流计算的透平机械叶型优化方法，其特征在于：包括以下步骤：
一、导入几何结构
向TurboTides平台几何结构模块导入几何结构时，可以将第三方软件几何模型直接导入，或由TurboTides平台一维中线设计分析结果，直接一键导入；
二、通流计算设置
对于通流计算的设置，包括工况工质、损失系数、阻塞系数的设置，系统默认值为一维中线设计分析结果中自动获取值，用户也可以自行设置；
三、网格划分和通流计算
根据几何结构模块提供的几何结构，自动划分网格，进行通流计算，根据通流计算结果，进行叶片载荷计算，并返回叶片最大载荷值，若通流计算失败，无法求解叶片载荷，叶片最大载荷值设置为10；
四、叶型优化设置
（1）优化参数设置：优化参数包括：叶根叶顶轮廓线、叶根叶顶叶片角分布曲线、叶根叶顶叶片厚度分布曲线，其中每条轮廓线提供3个控制坐标点，每条叶片角分布曲线提供5个控制点，每条叶片厚度分布曲线提供3个控制点，供用户选择，对选择的控制点需设置优化最大值，优化最小值，优化步长；
（2）优化目标设置：目标值设置为最大的叶片载荷，优化方法设置最小值；
（3）优化器设置：优化器提供了参数研究、网格自适应、有效优化、遗传算法四种优化算法；
同时提供了可视化窗口，实时显示优化动态，当寻找最优解时，系统退出优化返回最优解。
2.根据权利要求1所述的一种基于通流计算的透平机械叶型优化方法，其特征在于：上述步骤一中，导入几何结构包括从一维中线设计分析结果导入和第三方软件几何模型导入。
3.根据权利要求1所述的一种基于通流计算的透平机械叶型优化方法，其特征在于：上述步骤二中，通流计算设置提供系统自动获取一维设计分析结构，同时提供设置窗口，增加用户自由度。
4.根据权利要求1所述的一种基于通流计算的透平机械叶型优化方法，其特征在于：上述步骤三中，叶片载荷分布根据通流计算结果进行计算，并系统自动求解叶片最大载荷。
5.根据权利要求1所述的一种基于通流计算的透平机械叶型优化方法，其特征在于：上述步骤四中,所提供的叶型优化参数有叶根叶顶的轮廓线、叶片的叶片角分布曲线、叶片厚度分布曲线；所提供优化算法包括参数研究、网格自适应、有效优化、遗传算法，以及优化结束后自动返回最优解。
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| CN108153998A (zh) * | 2018-01-25 | 2018-06-12 | 哈尔滨工业大学 | 离心鼓风机叶轮的全三维气动优化设计方法 |
| CN109858135A (zh) * | 2019-01-25 | 2019-06-07 | 西安热工研究院有限公司 | 一种汽轮机低压通流区长叶片安全性校核的计算方法 |
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