基于分段精细寻优策略的叶轮多工况气动优化方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于分段精细寻优策略的叶轮多工况气动优化方法及装置，涉及离心压气机叶轮的气动设计技术领域。包括：获取待优化的离心压气机叶轮的几何构型；将待优化的离心压气机叶轮的几何构型输入到构建好的叶轮多工况气动优化模型；其中，叶轮多工况气动优化模型包括全局多工况气动优化模型以及局部多工况气动优化模型；基于待优化的离心压气机叶轮的几何构型、全局多工况气动优化模型以及局部多工况气动优化模型，得到多工况场景下离心压气机叶轮优化后的最佳气动性能及叶片几何外形。本发明专利技术通过两阶段寻优实现了离心压气机叶轮复杂曲面叶片的多工况精细化高效构型。机叶轮复杂曲面叶片的多工况精细化高效构型。机叶轮复杂曲面叶片的多工况精细化高效构型。

【技术实现步骤摘要】
基于分段精细寻优策略的叶轮多工况气动优化方法及装置


[0001]本专利技术涉及离心压气机叶轮的气动设计
，特别是指一种基于分段精细寻优策略的叶轮多工况气动优化方法及装置。

技术介绍

[0002]离心压气机是保障国防安全和促进国民经济发展的重要动力装备，已广泛应用于航空航天、船舶、化工和新能源等战略需求领域。根据全国能源基础与标准化委员会的有关统计资料，工业压气机系统年耗电量约占全国总发电量的6％
‑
9％左右。随着中国在第七十五届联合国大会上提出“碳达峰、碳中和”的目标承诺及推进，提高离心压气机的气动性能对节能减排具有积极意义。
[0003]在离心压气机叶轮的复杂应用场景中需同时兼顾多个不同工况的气动综合性能水平，会面临设计变量多、“黑箱”搜索和优化效率低等难题，增加了气动设计优化的难度。

技术实现思路

[0004]为了减少设计变量、缩小设计空间、避免盲目搜索、提高计算效率和改善寻优质量，高效求解离心压气机叶轮的最佳几何构型，提出了本专利技术。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]一方面，本专利技术提供了一种基于分段精细寻优策略的叶轮多工况气动优化方法，该方法由电子设备实现，该方法包括：
[0007]S1、获取待优化的离心压气机叶轮的几何构型。
[0008]S2、将待优化的离心压气机叶轮的几何构型输入到构建好的叶轮多工况气动优化模型；其中，叶轮多工况气动优化模型包括全局多工况气动优化模型以及局部多工况气动优化模型。
[0009]S3、基于待优化的离心压气机叶轮的几何构型、全局多工况气动优化模型以及局部多工况气动优化模型，得到多工况场景下离心压气机叶轮优化后的最佳气动性能及叶片几何外形。
[0010]可选地，S3中的基于待优化的离心压气机叶轮的几何构型、全局多工况气动优化模型以及局部多工况气动优化模型，得到多工况场景下离心压气机叶轮优化后的最佳气动性能及叶片几何外形包括：
[0011]S31、对待优化的离心压气机叶轮的几何构型进行全局参数化建模，得到叶轮中叶片吸力面与单位样条曲面的映射模型以及叶片压力面与单位样条曲面的映射模型。
[0012]S32、设定全局多工况气动优化模型的目标函数和约束条件，基于全局多工况气动优化模型的目标函数和约束条件、叶轮中叶片吸力面与单位样条曲面的映射模型以及叶片压力面与单位样条曲面的映射模型，得到全局优化后的叶片几何构型和气动综合性能。
[0013]S33、基于全局优化后的叶片几何构型和气动综合性能，得到多个叶片的局部几何区域。
[0014]S34、基于多个叶片的局部几何区域，对全局优化后的叶片几何构型进行局部参数化建模，建立叶片局部几何构型与空间控制体的映射模型。
[0015]S35、基于全局优化后的叶片几何构型和气动综合性能，设定局部多工况气动优化模型的目标函数和约束条件，基于局部多工况气动优化模型的目标函数和约束条件以及叶片局部几何构型与空间控制体的映射模型，得到多工况场景下离心压气机叶轮优化后的最佳气动性能及叶片几何外形。
[0016]可选地，S31中的对待优化的离心压气机叶轮的几何构型进行全局参数化建模，得到叶轮中叶片吸力面与单位样条曲面的映射模型以及叶片压力面与单位样条曲面的映射模型包括：
[0017]S311、获取待优化的离心压气机叶轮的几何构型中叶片各截面型线。
[0018]S312、构建单位映射样条曲面。
[0019]S313、根据叶片各截面型线以及单位映射样条曲面，得到叶片吸力面与单位样条曲面的映射模型以及叶片压力面与单位样条曲面的映射模型。
[0020]可选地，S312中的单位映射样条曲面为伯恩斯坦Bernstein基函数贝塞尔Bezier曲面。
[0021]可选地，S312中的单位映射样条曲面的数学表达式如下式(1)所示：
[0022][0023]式中，是贝塞尔Bezier曲面上的点坐标，P
k,l
是Bezier曲面控制顶点，控制点总数为(m+1)
×
(n+1)，m为横轴布局点个数，n为纵轴布局点个数；v和u是两个变化范围为[0,1]的自变量；和是伯恩斯坦Bernstein基函数。
[0024]可选地，S32中的基于全局多工况气动优化模型的目标函数和约束条件、叶轮中叶片吸力面与单位样条曲面的映射模型以及叶片压力面与单位样条曲面的映射模型，得到全局优化后的叶片几何构型和气动综合性能包括：
[0025]基于全局多工况气动优化模型的目标函数和约束条件、叶轮中叶片吸力面与单位样条曲面的映射模型以及叶片压力面与单位样条曲面的映射模型，采用多目标优化算法，得到全局优化后的叶片几何构型和气动综合性能。
[0026]可选地，多目标优化算法为元启发式优化算法或超启发式优化算法。
[0027]可选地，S34中的对全局优化后的叶片几何构型进行局部参数化建模，建立叶片局部几何构型与空间控制体的映射模型包括：
[0028]基于B样条基函数的自由曲面变形FFD方法，对全局优化后的叶片几何构型进行局部参数化建模，建立叶片局部几何构型与空间控制体的映射模型。
[0029]可选地，S34中的叶片局部几何构型与空间控制体的映射模型的数学表达式如下式(2)所示：
[0030][0031]式中，为叶片表面坐标，为FFD控制框架上的控制顶点；(s,t,u)为在控制框架内的局部坐标；i,j,k为FFD控制框架三个方向的标号；l,m,n为FFD控制框架在
三个方向上的划分数；N
i,d
(s)，N
j,e
(t)，N
k,f
(u)分别对应于d,e,f阶的B样条基函数。
[0032]另一方面，本专利技术提供了一种基于分段精细寻优策略的叶轮多工况气动优化装置，该装置应用于实现基于分段精细寻优策略的叶轮多工况气动优化方法，该装置包括：
[0033]获取模块，用于获取待优化的离心压气机叶轮的几何构型。
[0034]输入模块，用于将待优化的离心压气机叶轮的几何构型输入到构建好的叶轮多工况气动优化模型；其中，叶轮多工况气动优化模型包括全局多工况气动优化模型以及局部多工况气动优化模型。
[0035]输出模块，用于基于待优化的离心压气机叶轮的几何构型、全局多工况气动优化模型以及局部多工况气动优化模型，得到多工况场景下离心压气机叶轮优化后的最佳气动性能及叶片几何外形。
[0036]可选地，输出模块，进一步用于：
[0037]S31、对待优化的离心压气机叶轮的几何构型进行全局参数化建模，得到叶轮中叶片吸力面与单位样条曲面的映射模型以及叶片压力面与单位样条曲面的映射模型。
[0038]S32、设定全局多工况气动优化模型的目标函数和约束条件，基于全局多工况气动优化模型的目标函数和约束条件、叶轮中叶片吸力面与单位样条曲面的映射模型以及叶片压力面与单位样条曲面的映本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于分段精细寻优策略的叶轮多工况气动优化方法，其特征在于，所述方法包括：S1、获取待优化的离心压气机叶轮的几何构型；S2、将所述待优化的离心压气机叶轮的几何构型输入到构建好的叶轮多工况气动优化模型；其中，所述叶轮多工况气动优化模型包括全局多工况气动优化模型以及局部多工况气动优化模型；S3、基于所述待优化的离心压气机叶轮的几何构型、全局多工况气动优化模型以及局部多工况气动优化模型，得到多工况场景下离心压气机叶轮优化后的最佳气动性能及叶片几何外形。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S3中的基于所述待优化的离心压气机叶轮的几何构型、全局多工况气动优化模型以及局部多工况气动优化模型，得到多工况场景下离心压气机叶轮优化后的最佳气动性能及叶片几何外形包括：S31、对所述待优化的离心压气机叶轮的几何构型进行全局参数化建模，得到叶轮中叶片吸力面与单位样条曲面的映射模型以及叶片压力面与单位样条曲面的映射模型；S32、设定全局多工况气动优化模型的目标函数和约束条件，基于所述全局多工况气动优化模型的目标函数和约束条件、叶轮中叶片吸力面与单位样条曲面的映射模型以及叶片压力面与单位样条曲面的映射模型，得到全局优化后的叶片几何构型和气动综合性能；S33、基于所述全局优化后的叶片几何构型和气动综合性能，得到多个叶片的局部几何区域；S34、基于所述多个叶片的局部几何区域，对所述全局优化后的叶片几何构型进行局部参数化建模，建立叶片局部几何构型与空间控制体的映射模型；S35、基于所述全局优化后的叶片几何构型和气动综合性能，设定局部多工况气动优化模型的目标函数和约束条件，基于所述局部多工况气动优化模型的目标函数和约束条件以及叶片局部几何构型与空间控制体的映射模型，得到多工况场景下离心压气机叶轮优化后的最佳气动性能及叶片几何外形。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述S31中的对所述待优化的离心压气机叶轮的几何构型进行全局参数化建模，得到叶轮中叶片吸力面与单位样条曲面的映射模型以及叶片压力面与单位样条曲面的映射模型包括：S311、获取待优化的离心压气机叶轮的几何构型中叶片各截面型线；S312、构建单位映射样条曲面；S313、根据叶片各截面型线以及单位映射样条曲面，得到叶片吸力面与单位样条曲面的映射模型以及叶片压力面与单位样条曲面的映射模型。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述S312中的单位映射样条曲面为基于伯恩斯坦Bernstein基函数的贝塞尔Bezier曲面。5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述S...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘北英，刘基盛，杨文明，钱凌云，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：