基于ansys与optislang耦合的压气机叶轮的优化设计design .pdfVIP

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基于与耦合的压气机叶轮的优化设计张方明柏林工业大学内燃机研究所摘要压气机叶轮的优化包括压气机工作范围的扩大而提高与发动机工况点的重合度叶轮质量在满足强度要求下的降低以减少其转动惯量等熵效率的提高从而增加尾气利用率等本文通过结合中三维流场模块静力学模块与优化软件对离心式压气机叶轮进行气动与机械力学的多目标模拟优化并通过整体增压模型进行验证最后通过比较原始与优化模型对应力和变形分布以及内部各三维量场分布进行分析总结优化过程中以压气机设计工况点为优化点通过曲线参数化叶轮叶片及轮毂线型以增压比等熵效率叶

基于ANSYS 与optiSLang 耦合的压气机叶轮的优化设计 [张方明 Roland Baar] [柏林工业大学内燃机研究所,10587] [ 摘 要 ] 压气机叶轮的优化包括压气机工作范围的扩大而提高与发动机工况点的重合度,叶轮质量在满 足强度要求下的降低以减少其转动惯量,等熵效率的提高从而增加尾气利用率等。本文通过结 合Workbench 中三维流场模块CFX、静力学模块Static Structure 与优化软件optiSLang 对 离心式压气机叶轮进行气动与机械力学的多目标模拟优化,并通过整体增压模型进行验证,最 后通过比较原始与优化模型对应力和变形分布以及内部各三维量场分布进行分析总结。优化过 程中,以压气机设计工况点为优化点,通过 Bezier 曲线参数化叶轮叶片及轮毂线型,以增压 比,等熵效率,叶轮质量,最大变形量及最大内应力作为输出条件,采用optiSLang 中MOP 模块进行灵敏度分析以及建立叶轮参数与目标函数的映射关系,运用遗传算法找出最优设计方 案并进行验证。通过优化,在设计工况点等熵效率提高1.45%,压比增长4.85%,最大应力, 变形量也相应减少1.33%、2.52% ,喘振,阻塞边界均有所扩张,优化效果较好。通过对优化 模型与原始模型的气动模拟分析可得:优化后叶片载荷明显提高;叶轮内部流动损失较原始模 型更小,流场静压升更为明显,分布合理;叶轮最大应力和变形量的减少等优化目标得以实现。 [ 关键词 ] 压气机叶轮 optisLang 等熵效率 多目标优化 Design optimization of a centrifugal compressor impeller based on ANSYS and optiSLang coupling [Zhang Fangming Roland Baar] [Technical University of Berlin Institute of Internal Combustion Engine, 10587] [ Abstract ] Compressor impeller optimization includes the expanding work scope of the compressor that improves the coincidence degree with engine operating points, the quality of the impeller that reduces its rotational inertia under the request of lowering the strength, and enhancement of isentropic efficiency that increases the utilization efficiency of exhaust. This article carries out the aerodynamic and mechanical multi-objective optimization for centrifugal compressor impeller by combining the three dimensional flow simulation module CFX, the statics module Static Structure in the Workbench and optimization software optiSLang. Then this article verifies the correc

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