基于doe分析的增压器涡轮叶形优化设计方法-农业机械学报.pdfVIP

２０１６年 ７月 农 业 机 械 学 报 第 ４７卷 第 ７期 ｄｏｉ：１０．６０４１／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００１２９８．２０１６．０７．０４９ 基于ＤｏＥ分析的增压器涡轮叶形优化设计方法 倪计民　刘　越　石秀勇　高旭南　李佳琪　魏亚男 （同济大学汽车学院，上海 ２０１８０４） 摘要：以提高增压器涡轮等熵效率为目标，提出使用基于试验设计（Ｄｅｓｉｇｎｏｆｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ，ＤｏＥ）的优化设计方法，进 行涡轮叶片优化设计研究。对现有增压器涡轮选取合理的特征型线方案，建立了涡轮参数化模型；在现有增压器 的基础上建立了计算流体力学（Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｆｌｕｉｄｄｙｎａｍｉｃｓ，ＣＦＤ）仿真模型，并通过涡轮热吹试验台架验证了模 型的可靠性；选取 １４个描述叶形的叶片截面控制参数作为设计变量，运用正交矩阵法对设计空间进行析因分析和 仿真计算，根据计算结果选取了５个敏感度较高的控制参数，使用最优拉丁超立方方法建立了响应面近似模型；采 用基于多岛遗传算法和序列二次规划算法的组合优化方法进行寻优计算。结果表明：优化后的涡轮流道中的涡旋 强度降低，流场分布更加均匀，流动损失有所降低，等熵效率为７４０４％，较原始涡轮提升２１６个百分点。 关键词：发动机；增压器；涡轮叶形；试验设计；计算流体力学 ＋ ＋ 中图分类号：ＴＫ４１３５２；ＴＫ４２１８ 文献标识码：Ａ 文章编号：１０００１２９８（２０１６）０７０３６１０７ ＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎＤｅｓｉｇｎＭｅｔｈｏｄｆｏｒＴｕｒｂｉｎｅＢｌａｄｅｓｏｆＴｕｒｂｏｃｈａｒｇｅｒ ＢａｓｅｄｏｎＤｏＥＡｎａｌｙｓｉｓ ＮｉＪｉｍｉｎ　ＬｉｕＹｕｅ　ＳｈｉＸｉｕｙｏｎｇ　ＧａｏＸｕｎａｎ　ＬｉＪｉａｑｉ　ＷｅｉＹａｎａｎ （ＳｃｈｏｏｌｏｆＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅＳｔｕｄｉｅｓ，ＴｏｎｇｊｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０１８０４，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｓｅｅｋｆｏｒｔｈｅｅｆｆｅｃｔｆａｃｔｏｒｓｏｎｔｕｒｂｏｃｈａｒｇｅｒｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，ａｎｄｅｘｐｌｏｒｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅｍｅｔｈｏｄｓ ｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｕｒｂｏｃｈａｒｇｅｒｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ｔｈｅｔｕｒｂｉｎｅｏｆａｔｕｒｂｏｃｈａｒｇｅｒｗａｓｔａｋｅｎａｓｔｈｅｓｔｕｄｙｏｂｊｅｃｔ．Ｔｈｅ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｏｆｉｓｅｎｔｒｏｐｉｃｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，ｗｈｉｃｈｉｓａｋｅｙｐａｒａｍｅｔｅｒｔｏｅｖａｌｕａｔｅｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆａｔｕｒｂｉｎｅ， ｉｓｔｒｅａｔｅｄａｓｔｈｅｍａｉｎｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｔａｒｇｅｔｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ（ＤｏＥ）ｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｂｌａｄｅｃｕｒｖｅｏｆｔｕｒｂｉｎｅ，ｗｈｉｃｈｉｓａｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｍｅｔｈｏｄｔｏｄｅｓｃｒｉｂｅｔｈｅｓｈａｐｅｏｆｂｌａｄｅａｎｄ ｉｎｃｌｕｄｅｓ５０ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ，ｗａｓｒｅａｓｏｎａｂｌｙｓｅｌｅｃｔｅｄａｎｄａｄｊｕｓｔｅｄｔｏｆｉｔｔｈｅｔｕｒｂｉｎｅ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｏｒｉｇｉｎａｌ ｔｕｒｂｏｃｈａｒｇｅｒ，ａｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｆｌｕｉｄｄｙｎａｍｉｃｓ（ＣＦＤ）ｍｏｄｅｌｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ，ａｎｄｉｔｗａｓｖｅｒｉｆｉｅｄｔｈｒｏｕｇｈ ａｔｕｒｂｉｎｅｈｏｔｇａｓｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ．Ｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｖａｌｕｅｓｗｅｒｅｉｎｇｏｏｄａｇｒｅｅｍｅｎｔｗｉｔｈｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｖａｌｕｅｓ， ａｎｄｔｈｅｍａｘｉｍｕｍ ｅｒｒｏｒｓｗｅｒｅ５１２％ ｉｎｍａｓｓｆｌｏｗｒａｔｅａｎｄ２１８％ ｉｎｉｓｅｎｔｒｏｐｉｃｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ．１４ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓｄｅｓｃｒｉｂｉｎｇｔｕｒｂｉｎｅｂｌａｄｅｓｈａｐｅｗｅｒｅｓｅｌｅｃｔｅｄｏ