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试析微型轴流风扇优化设计系统的设计实现 摘要：微型轴流电扇的优化设计系统一直是一个十分重要的研究课题，为了有效的提高微型轴流风扇的性能，尽可能缩短其设计周期，并降低微型轴流风扇的设计成本，成为了当前技术人员研究的主要目标。本文中，笔者将通过对传统微型轴流风扇优化设计系统进行浅要分析，验证系统的实际效果。 关键词：轴流风扇；优化设计；实验验证 对于微型轴流风扇的设计而言，需要经过大量的分析计算和试验以得出准确的数据，一款成功的微型轴流风扇往往都要经过十分漫长的设计周期，花费巨大的人力物力财力，而且得到的计算数据往往并非该型号微型轴流风扇的最佳数据。在本文中，笔者将尝试探讨利用流体动力学技术替代传统设计模式中的试验和计算部分，以完成新型微型轴流风扇优化设计系统的实现。 1优化设计系统的组成 就目前而言，主流的轴流风扇设计方法主要为以下两种：孤立叶型设计法；叶栅法。笔者今天在这里探讨的是一种基于孤立叶型设计法的优化设计方法，并结合了流体动力学技术和遗传算法等诸多理论，共同组建的一种优化设计方式。首先，让我们共同研究一下该系统的基础系统组成。 1.1系统语言开发 本文涉及到的微型轴流风扇优化设计系统主要采用C++和Open GRIP这两种语言进行开发设计。这其中，C++语言的主要作用，是依靠其优秀的计算能力，完成对于网格的划分，风扇参数的计算，数据库的建立，以及优化程序本身的确立。而Open GRIP则主要用于完成风扇的三维建模。实际上，随着现代化技术的发展，很多需要的功能都可以依靠其它软件的功能集成来完成，譬如ANSYS的有限元模块化分析和FLUENT流体仿真模块。如果能够有机的将这些现有软件模块功能加入到优化系统之中，将能够大幅度的提升系统的开发进度，并尽可能的提升优化系统的性能。 1.2优化设计系统的组成 输出最优值 T=T+1 连续五代之间的差值小于精度要求 由流场计算模块得到N名个体的个体适应度 由前处理器得到N名个体网格 有风扇设计模块得到N名个体的三维图形 初始化种群：在变量范围随机产生N名个体，得到初始种群，确定进化代数T=1 开始 如果要了解整个优化设计系统的组成，我们首先要了解微型轴流风扇的主要组成部分。微型轴流风扇的设计需要对包括风扇外径，轮毂比，安装角，叶片弦长，叶顶间隙等参数进行综合计算，而优化设计系统要做的工作，就是完成对于以上数据的优化计算，寻找出符合设计要求的最优参数。为了满足系统性能，本套优化系统包含四大模块，分别是风扇设计模块，前处理器模块，流场计算模块和优化计算模块，每一个模块都可以单独进行运算处理，同时也可以串联在一起完成整体优化工程。在提出设计目标之后，首先通过风扇设计模块对风扇的原始模型进行设计或再编辑，然后再根据设计要求对轴流风扇涉及到的各个参数进行详细的设计，并确定哪些参数需要进行进一步的优化，以及最终的优化目标。然后调用优化模块对所选择的参数进行优化计算，并最终得到设计需要的最终高性能微型轴流风扇。该过程可以通过流程图进行表述，流程图见下图。 个体选择，交叉，变异  2各部分模块功能分析 在了解了优化设计系统的基本组成部分之后，为了进一步对该优化设计系统进行分析，下面将对每一个模块做出详细的介绍。 2.1风扇设计模块 风扇设计模块是通过运行孤立叶型设计法得到轴流风扇的相应几何参数信息，并将这些信息传递到绘图单元，进行三维模型的绘制与创建。在这个过程中，主要设计分别对应基本参数，基元级参数和其他各类参数的三大类，即Cyhcs，Cjycs和Cqtcs。Cyhcs 类别的主要作用是进行风扇基本参数的计算，根据设计目标，利用孤立叶型设计法完成风扇的参数计算，进而得到每一个基元级的参数数据，并将这些参数数据带入到基元级参数之中。Cjycs 类别则主要负责保存计算结果，采用最小二乘法对这些结果进行拟合，完成这项运算之后，将使得弦长、安装角等数据过度的更为光滑，最大程度的保证叶片质量，同时降低风扇运转时产生的噪声。Cqcts 类别主要作用是产生弯扭的叶片，通过不同基元级的选择，产生不同类型的叶片。通过以上三个类别的综合运用，就可以得到最终的三维模型，并对该三维模型就行保存，以方便接下来的运算和导出。将整个编程过程分为三个类别，可以使得每个功能区实现自由隔离，这样就能够对其中的某一个类别进行单独编程，而不会对其他类别发生影响。在有新的设计方法需要加入到系统中时，只需要在源程序之中添加一个新的类别，就能够实现软件的升级，大大节省了软件后起升级维护的时间与精力。 2.2前处理器和流场计算模块 前处理器和流场计算模块主要是采用GAMBIT和FLUENT软件完成的，在本文介绍的优化设计系统中，采用GAMBIT和FLUENT软件提供的基于命令流的方法，先使用软件之中的脚本文件完成制作，然后再采用C++再编译的