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《清华大学》 2002年
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叶片气动设计中组合优化方案的算法研究和系统实现

赖宇阳  
【摘要】: 设计具有低损失,高负荷和良好全工况性能的叶片,进行叶片气动优化设计方法的研究,是关系叶轮机械发展的前沿课题。 本论文提出和实现了一种适用于叶轮机械全三维气动优化设计的方法,并利用该方法对某低展弦比、大折转角的环形叶栅分别进行了基迭优化和全三维气动优化。结果表明,该方法适合使用全三维粘性流动程序直接进行叶片气动性能分析,能够有效研究设计变量对叶片性能的影响,缩小优化问题规模,从而提高了气动设计优化的效率,对叶轮机械全方位评价和设计系统的发展具有重要意义。本论文的主要成果和创新点表现在以下方面: 1. 提出和实现了适用于叶片全三维气动优化设计的组合优化方法。该组合优化方法分为4个阶段:对变量进行试验设计(DOE)分析、遗传算法(GA)全局搜索、响应面(RSM)近似建模,以及RSM和序列二次规划(SQP)相结合的局部寻优。 2. 通过采用DOE方法,能够深入研究设计变量的变化如何影响目标函数和约束,获取设计空间性质,抓住优化问题的主要矛盾,减小叶片气动优化问题的规模; 3. 对于叶轮机械叶片气动优化这种非线性多峰优化问题,单纯采用某种常规的数值优化算法不能够有效得到全局最优解,采用GA法进行全局搜索是得到初始近似全局解的有效途径。 4. 通过RSM方法拟合复杂的响应关系,平滑设计空间“噪声”,能够防止数值优化方法陷入局部极值点,获得良好的鲁棒性和适应性。 5. 在局部寻优阶段,采用了全三维流场数值模拟程序对近似模型进行校正,用SQP方法对近似模型进行局部寻优,既保证了气动性能分析的精度,又大大减少了实际数值模拟的总计算开销。 6. 实现了基于非均匀有理B样条(NURBS)的叶片参数化造型技术和基于JAVA RMI的自动化分布式并行系统。
【学位授予单位】:清华大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2002
【分类号】:TH45

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【引证文献】
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【参考文献】
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