[發(fā)明專利]離心鼓風機葉輪的全三維氣動優(yōu)化設計方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810072500.4
• 申請日: 2018-01-25
• 公開（公告）號: CN108153998B
• 公開（公告）日: 2021-09-03
• 發(fā)明（設計）人: 陳煥龍;王軍里;李杰靈;劉洋
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;G06F30/27;G06F30/17;G06F111/04;G06F119/14
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 23211
• 代理人: 劉景祥

離心鼓風機葉輪的全三維氣動優(yōu)化設計方法，屬于離心葉輪設計技術領域。本發(fā)明是為了解決傳統(tǒng)風機葉輪的設計依賴設計人員的工作經(jīng)驗，研制效率低并且不利于提高產(chǎn)品性能的問題。它包括：將葉輪的初始設計數(shù)據(jù)參數(shù)化，獲得葉輪的初始控制點坐標值；用三次樣條函數(shù)表達葉輪結(jié)構(gòu)；基于用戶給定的葉型中弧線、進口及出口幾何角的控制點參數(shù)變化范圍，改變?nèi)螛訔l函數(shù)的控制點參數(shù)，獲得不同的葉輪葉型；以離心鼓風機葉輪絕熱效率為目標函數(shù)，基于流量與壓比約束條件，利用遺傳算法對葉型中弧線、進口及出口幾何角的控制點參數(shù)進行全局尋優(yōu)，獲得離心鼓風機葉輪最優(yōu)設計控制點參數(shù)，進而獲得最優(yōu)葉輪結(jié)構(gòu)特性曲線。本發(fā)明用于葉輪的優(yōu)化設計。

技術領域

本發(fā)明涉及離心鼓風機葉輪的全三維氣動優(yōu)化設計方法，屬于離心葉輪設計技術領域。

背景技術

風機是一種能夠?qū)⒃瓌訖C的機械能轉(zhuǎn)換成被輸送氣體動能與壓力勢能的流體機械，屬于通用機械的范疇。在能源動力、石油化工、航空航天工業(yè)以及一般工業(yè)部門廠房、車間的空調(diào)以及原子防護設備的通風等國民經(jīng)濟各個領域中應用十分廣泛。它具有重量輕、功率跨度大、可調(diào)節(jié)流量范圍寬、能量密度高等優(yōu)點以及廣闊的軍、民應用前景。據(jù)統(tǒng)計，在全國總用電量中，風機的耗電量已達10％以上。因此，通過采用先進的現(xiàn)代設計方法與設計技術提高風機產(chǎn)品的氣動性能、降低通流部件的流阻損失與能耗、拓展目前風機產(chǎn)品的性能邊界對于加快國民經(jīng)濟的發(fā)展、節(jié)能減排具有重要的學術價值與工業(yè)應用前景。

眾所周知，葉輪作為離心風機實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的最為關鍵氣動部件，其通流部分的設計水平在很大程度上決定了離心風機的總體性能。因此，基于葉輪機械氣體動力學原理，研發(fā)先進的離心風機葉輪全三維氣動優(yōu)化設計技術，對于提高風機氣動效率、降低能耗具有十分重要的意義。傳統(tǒng)風機葉輪主要采用一維、二維的近似的、半經(jīng)驗的分析方法，然后輔以實驗修正來完成工程設計，是一種“試錯”的設計方法。不僅研制效率低，不能獲知葉輪內(nèi)部的詳細流動細節(jié)以進一步提高產(chǎn)品性能，而且強烈依賴于設計人員的實際工程經(jīng)驗。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的是為了解決傳統(tǒng)風機葉輪的設計依賴設計人員的工作經(jīng)驗，研制效率低并且不利于提高產(chǎn)品性能的問題，提供了一種離心鼓風機葉輪的全三維氣動優(yōu)化設計方法。

本發(fā)明所述離心鼓風機葉輪的全三維氣動優(yōu)化設計方法，它包括以下步驟：

步驟一：將葉輪的初始設計數(shù)據(jù)參數(shù)化，獲得葉輪的初始控制點坐標值；

步驟二：基于葉輪的初始控制點坐標值，用三次樣條函數(shù)表達葉輪結(jié)構(gòu)；

步驟三：基于用戶給定的葉型中弧線、進口及出口幾何角的控制點參數(shù)變化范圍，改變?nèi)螛訔l函數(shù)的控制點參數(shù)，獲得不同的葉輪葉型；

步驟四：以離心鼓風機葉輪絕熱效率為目標函數(shù)，基于流量與壓比約束條件，利用遺傳算法對葉型中弧線、進口及出口幾何角的控制點參數(shù)進行全局尋優(yōu)，獲得離心鼓風機葉輪最優(yōu)設計控制點參數(shù)，進而獲得最優(yōu)葉輪結(jié)構(gòu)特性曲線。

本發(fā)明的優(yōu)點：本發(fā)明采用全三維氣動優(yōu)化設計技術從葉輪內(nèi)部三維粘性流動的物理本質(zhì)出發(fā)，充分定量地考量粘性流體的全三維流動誘導氣動損失特征。對于葉輪幾何通道提出修改的方向與依據(jù)，使葉輪設計從傳統(tǒng)的“試錯”設計走向現(xiàn)代的“預測”設計，從根本上消除了對于設計人員經(jīng)驗的依賴性。

本發(fā)明依托遺傳算法開發(fā)一種基于葉型中弧線、進/出口幾何角自動修改的全三維氣動優(yōu)化設計方法，實現(xiàn)葉輪氣動與幾何的合理流動匹配以提高離心鼓風機葉輪的氣動效率，拓展了目前離心鼓風機所存在的氣動性能提高潛力。本發(fā)明能夠極大地縮短了離心鼓風機的設計周期，并節(jié)約研制成本。

附圖說明

圖1是本發(fā)明所述離心鼓風機葉輪的全三維氣動優(yōu)化設計方法的設計流程圖；

圖2是葉輪的控制截面及控制點示意圖；