Одношаговый метод оптимизации колеса компрессора микротурбины
Аннотация:
Предмет исследования. В работе исследована проблема ускорения проектирования оптимальных турбомашин. Для ее решения предложено применение методов математической оптимизации на начальном этапе проектирования. Цель исследования состояла в разработке и тестировании одношагового алгоритма проектирования оптимального колеса компрессора. Применение алгоритма дает решающее преимущество в сравнении с традиционным итерационным методом проектирования турбомашин. Задача проектирования турбомашины является многопараметрической и междисциплинарной, с различными требованиями, которые зачастую друг другу противоречат, вследствие этого может быть использовано сразу несколько критериев оптимальности одновременно. Метод. Традиционный метод заключается в проведении одномерного теплового и газодинамического расчетов и последующей доводки геометрии колеса при помощи численных расчетов путем варьирования лопаточного угла и высоты проточной части на выходе из колеса. Одношаговая глобальная оптимизация проводится с применением алгоритма роя частиц по одиннадцати варьируемым параметрам. Целевой функцией является полный термодинамический коэффициент полезного действия. Выполнено сравнение результатов расчета геометрии колеса центробежного компрессора традиционным последовательным методом и вновь разработанным методом глобальной оптимизации. Колесо компрессора имеет внешний диаметр 200 мм, диаметр втулки — 52 мм, частота вращения — 60 000 об/мин, требуемая степень сжатия — 3,7. В традиционном методе оптимизации варьируют лопаточные углы и толщину профиля в трех или четырех сечениях лопатки. Новизна разработанного одношагового алгоритма состоит в оптимизации изначально трехмерной формы всей проточной части лопаточной машины. Основные результаты. Тестирование алгоритма показало, что одношаговый метод глобальной оптимизации обеспечивает выигрыш в коэффициенте полезного действия примерно на 2 %. В сравнении с традиционным итерационным методом оптимизации затраты времени снижены в 6–18 раз. Практическая значимость. Предложенный метод может найти применение для проектирования турбомашин различных размерностей. Разработанный алгоритм может использоваться как основа создания внешних модулей различных существующих программных пакетов, таких как Ansys, Comsol и SolidWorks.
Ключевые слова:
Постоянный URL
Статьи в номере
- Разработка линзы бокового свечения с использованием метода композиции
- Лазерный многопараметрический метод входного контроля монтажных элементов, используемых в объеме герметичных неодимовых лазерных излучателей
- Адаптивная антитепловизионная защита подвижных объектов
- Улучшение параметрической сходимости в задачах компенсации мультисинусоидальных возмущений
- Модальная чувствительность, робастность и грубость динамических систем(обзорная статья)
- Численное моделирование функциональных характеристик солнечных элементов на основе гетероструктур InGaAsN/Si
- Золь-гель синтез Gd2O3:Nd3+ нанопорошков и исследование их люминесцентных свойств
- Инвариантный к линейным конформным преобразованиям алгоритм обнаружения размытого изображения целевого объекта малого размера
- Программная система пространственной визуализации прогностических и ретроспективных данных вероятности наблюдения полярных сияний
- Применение бэггинга при поиске аномалий сетевого трафика
- Анализ способов снижения устойчивости сетей на основе последовательного удаления ключевых элементов
- Модель устойчивого распределенного реестра для анализа безопасности многомерного блокчейна
- Построение графов знаний нормативной документации на основе семантического моделирования и автоматического извлечения терминов
- Влияние температурного фактора на деформационные свойства полимерных нитей и пленок
- Численное моделирование влияния вязкости и турбулентности на сверхзвуковое обтекание углов сжатия и расширения
- Моделирование взаимосвязи твердости и износостойкости материалов при их сравнительном тестировании методом«block-on-ring»
- Короткоимпульсный сверхширокополосный зондирующий сигнал в задаче оценивания отражательных характеристик