低壓軸流風機多目標多工況優(yōu)化設(shè)計研究.pdf

1、軸流風機因其流量大、噪聲低、運行穩(wěn)定廣泛應(yīng)用于多種場合的通風換氣及消防排煙。但現(xiàn)有的軸流風機存在效率低，運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)有風機如何采用CFD技術(shù)與優(yōu)化理論結(jié)合，實現(xiàn)高效性能范圍寬是開發(fā)節(jié)能產(chǎn)品的關(guān)鍵問題之一。本文以一款工業(yè)用低壓軸流風機為研究對象，基于CFD數(shù)值模擬計算結(jié)果，采用多目標多工況優(yōu)化設(shè)計方法對軸流風機進行改型，驗證構(gòu)建的多目標多工況優(yōu)化系統(tǒng)的可行性及其優(yōu)化效果的同時，旨在提高軸流風

2、機的多個工況點的全壓、擴大高效區(qū)的范圍，改善流動的不穩(wěn)定性。
　?。?）通過數(shù)值模擬方法預測了三維全流道低壓軸流風機在整個流量范圍內(nèi)的氣動性能，并對選用的數(shù)值策略、邊界條件、網(wǎng)格大小進行了驗證，表明在此基礎(chǔ)上進行數(shù)值優(yōu)化設(shè)計是可行的。
　　（2）構(gòu)建了一套基于CFD流場計算的多目標多工況優(yōu)化設(shè)計的流程，通過軸流風機二維CLARKY翼型的多目標多工況優(yōu)化設(shè)計問題，詳細介紹了優(yōu)化數(shù)學模型（包括優(yōu)化變量、優(yōu)化約束、優(yōu)化目標）的構(gòu)建

3、過程，對比分析了優(yōu)化流程中的采用不同試驗設(shè)計方法和不同近似模型對優(yōu)化結(jié)果的影響，為三維軸流風機的多目標多工況優(yōu)化設(shè)計提供技術(shù)指導。
　?。?）針對三維軸流風機的多目標多工況優(yōu)化問題，以一款單轉(zhuǎn)子軸流風機為研究對象，通過傅里葉函數(shù)、高斯函數(shù)和冪函數(shù)對翼型弦長、翼型圓弧半徑和翼型安放角沿葉片徑向的分布規(guī)律分別進行參數(shù)化，并選擇函數(shù)的系數(shù)為優(yōu)化變量。四個工況下的最小全壓、最低效率和最大功率為性能約束條件；四個工況下的加權(quán)效率和加權(quán)全壓為

4、優(yōu)化目標，并且基于模糊集理論確定四個不同工況下性能目標權(quán)重的加權(quán)因子；同時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遺傳優(yōu)化算法相結(jié)合的氣動數(shù)值優(yōu)化策略對模型風機進行多目標多工況優(yōu)化設(shè)計。最終優(yōu)化結(jié)果表明,優(yōu)化后風機整個流量范圍內(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%。
　?。?）對優(yōu)化前后風機的內(nèi)流和動態(tài)特性展開研究，結(jié)果表明，優(yōu)化后風機內(nèi)部流動狀況和小流量工況下的流