基于组合优化方法的平面叶栅优化设计

朱国俊，罗兴锜，郭鹏程，戴辰辰

（西安理工大学水利水电学院，西安 710048)

基于组合优化方法的平面叶栅优化设计

朱国俊，罗兴锜，郭鹏程，戴辰辰

（西安理工大学水利水电学院，西安 710048)

采用奇点分布法与贝塞尔(Bezier)曲线参数化方法相结合的平面叶栅设计方法进行叶栅的初步设计与参数化表达。该方法在完成设计的同时为基于现代优化算法的叶栅粘性流动最优化设计提供设计变量，以实现叶栅翼型的变形控制。然后结合N-S方程流场数值模拟，采用多目标遗传算法(NCGA)和序列二次规划法(NLPQL)组合的优化算法，通过调节叶栅翼型的形状控制参数对叶栅的总压损失和空化性能进行了优化。结果表明，优化效果良好。

贝塞尔曲线; 平面叶栅；优化设计; 多目标遗传算法; 序列二次规划法

1 引言

水轮机的性能在很大程度上决定了整个电站的经济效益，而转轮作为整个水轮机的核心部件，其工作性能又影响着整个水轮机组的优劣，因此，转轮的设计及其优化在水轮机改进和提高的过程中具有不可替代的重要地位。

长期以来，人们力图通过理论计算设计出优良的转轮，但转轮内部的流动规律极为复杂，其流动参数和几何参数之间的关系也难以确定，所以试验技术和CFD数值模拟技术在转轮性能的改善过程中处于绝对地位。而由于试验需要耗费大量的资金和时间，因此，“初始设计→CFD数值模拟→修改设计”的方法更被国内各大厂家所青睐。但是在“修改设计”这一步多靠人工经验，缺乏计算机辅助优化，这也导致了该方法的设计周期变长。……