叶轮旋转机械性能优化平台技术方案.docVIP

叶轮机械优化设计 系统建设方案 北京海基嘉盛科技有限公司 2015年11月 目录 TOC \o 1-3 \h \z \u 1. 需求分析 3 2. 建设目标与指标 4 2.1建设目标 4 2.2建设指标 4 3. 建设方案 4 3.1总体框架 4 3.2 主要业务功能模块介绍 5 3.2.1 叶轮机械三维设计模块 5 3.2.2 叶轮机械CFD分析模块 7 3.2.3专业的叶轮机械后处理分析模块 9 3.2.4 叶轮机械优化设计模块 10 4.典型应用实例介绍 11 4.1离心泵优化设计实例 11 4.1.1 离心泵设计 11 4.1.2 离心泵工作性能的数值仿真 12 4.1.3 离心泵性能优化 14 4.2 压缩机优化设计实例 19 4.2.1 压缩机优化设计流程 19 4.2.2 压缩机叶轮优化具体流程 21 4.2.3 结果对比 24 5. 叶轮旋转机械性能优化平台建设前景 25 1. 需求分析 叶轮机械是一种以连续旋转的叶片为本体，使能量在流体工质与轴动力之间相互转换的动力机械，常用的叶轮旋转机械有泵、压缩机、风机和涡轮等。为了降低能源消耗，提高产品的市场竞争力，在满足使用条件的情况下，需尽可能提高产品的性能，提高工作效率，减少耗电量，从而减少客户的使用费用，目前这已成为产品开发的重要目标。 近几年，随着计算机技术迅速发展，CAD技术在旋转机械设计方面得到了广泛应用，CFD数值模拟技术能够很好地模拟内部流动并预测性能，大大减少了产品研发过程的研发成本和研发周期，现已深入产品开发应用当中。但是随着CAD和CFD技术的使用，新的问题随之而来，初步设计的产品如果通过CFD仿真得到的性能曲线不能满足使用要求，往往需要做一些修改。通过重新在CAD模型中修改几何参数，再仿真计算获得结果，如此往复，直到产品的性能能够满足设计要求。这种旧的技术方案在应用过程中会存在三个主要问题： 重复性工作的次数跟几何修改参数的个数成指数级增长，需要修改的几何参数越多，重复计算的次数越多，使得优化工作极为繁琐； 旧设计方案的计算结果不能得到分析和利用，无法为下一次的模型修改提供建议，这样使得整个优化设计过程变得无方向性； 产品在经过多次优化之后，往往是在局部实现最优的结果，并不能实现全局最优，使得优化大打折扣。 如果能在CAD技术和CFD数值模拟技术的基础上，引入软件驱动和优化算法，这样可以重复驱动CAD软件和CFD软件自动修改模型和仿真计算，从而极大地减少工程师重复性的工作量，进而减少重复工作过程中出错的可能性。添加优化算法之后，可以对方案重复计算的结果进行分析，给出下一步模型修改的建议，指导优化。再选择合适的组合优化策略，往往还能够在全局范围内找到最优的结果，实现全局优化。 优化软件进入工程研发领域多年，但由于存在与参数化建模软件、叶轮机械设计软件、数值分析软件集成的二次开发等门槛，限制了其推广应用。本方案基于叶轮机械设计-仿真-优化的一体化思路，通过集成叶轮机械的参数化设计、数值分析和优化设计软件，并自定义开发各软件之间的接口和操作流程的批处理化，在同一平台上可自动实现包括参数化设计、数值分析和优化设计的所有功能，实现真正意义上的叶轮机械的“设计-仿真-优化”的一体化方案，帮助工程师更高效便捷地进行产品研发设计。 2. 建设目标与指标 2.1建设目标 通过集成叶轮旋转机械设计阶段所使用的建模和计算分析工具，建立一套能够实现重复建模和仿真、结果分析和性能优化的平台，最终通过该平台能够较为轻松地提高叶轮机械的整体性能和效率，减少优化设计周期。 2.2建设指标 叶轮旋转机械性能优化平台包含三部分，各部分建设指标如下所示： 集成性能优良的叶轮机械设计工具，设计工具需具备叶轮机械的整机设计功能，并且可将整个产品模型结构参数化，可通过批处理的方式对模型进行修正。 集成稳定性与收敛性良好的仿真解算工具，可完善考虑仿真本身及优化所需输入、计算域网格划分和数值求解的快速性和准确性，最终精确获取叶轮机械模型的性能数据，承接设计与优化工作。 集成完备的优化算法或性能优良的优化软件以实现与设计仿真软件之间的无缝对接。通过优化算法可以获得下一步模型修改的输入，使优化过程具备方向性。优化是该系统不可或缺的一个功能，它可驱动CAD软件批处理形式地修改模型，再驱动CFD软件进行仿真计算获得结果数据。通过该功能可将重复性的工作委托给计算机完成，降低重复工作出错的概率，进而省去设计人员大量低价值的工作，减少优化过程的繁琐性。 3. 建设方案 3.1总体框架 叶轮旋转机械设计仿真优化平台是建立在优化算法的基础上，搭建叶轮机械设计模块和流体仿真模块，在