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基于参数化建模的G4-73风机叶轮的优化研究

作　者: 吴殿法
导　师: 王松岭；李春曦
学　校: 华北电力大学
专　业: 工程热物理
关键词: 离心风机参数化建模数值模拟神经网络多目标优化
分类号: TH432
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

本文通过对G4-73型离心通风机叶轮参数进行优化,达到提升风机全压和效率的目的。由于日渐成熟的数值模拟技术在解决工程问题时具有突出的优势,本文主要采用数值模拟方法对不同叶轮参数的风机模型进行研究。在深入分析数值模拟操作过程的基础上,将参数化思想应用其中,基于VB编程语言结合FLUENT数值软件编制了针对风机模型的参数化数值建模平台,它的应用大大简化了数值模拟过程中的几何建模及网格划分等计算前处理操作。对不同取值时的风机叶片数、叶片出口安装角及叶轮出口宽度等三个叶轮参数对应的模型通过参数化平台进行模拟计算,对模拟得到的48组结果应用神经网络建模并用遗传优化算法针对风机全压和效率进行多目标优化,对优化后的叶轮参数进行模拟计算以验证优化结果。研究表明利用参数化思想对数值计算软件进行二次开发是切实可行的,它能够有效地提高研究人员的工作效率。叶轮参数单独变化对风机全压与效率的影响表现在:叶片数在设计值12片附近变动时,风机全压随叶片数增加而增加,效率虽然也呈增加趋势,但在叶片数大于11片后趋于平缓;叶片出口安装角在原参数45°附近时风机全压与效率都能达到较高数值;叶轮出口宽度在18.3cm至19.8cm范围时,风机全压与效率优于原始叶轮模型。最终优化得到叶片数、叶片出口安装角和叶轮出口宽度值分别为13片、44.6°及20.25cm。对优化后的参数模型进行模拟,结果表明,在原风机设计流量值附近区域,全压与效率都有明显提高,二者比优化前模型分别提高2.12%和0.67%,并且叶轮与蜗壳内的速度分布也得到改善,达到了预定的优化目的。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
第1章绪论  9-12
  1.1 本文研究的背景和意义  9-10
  1.2 课题的国内外研究现状  10-11
  1.3 本文研究的主要方法与内容  11-12
第2章 G4-73 离心风机的数值模拟  12-22
  2.1 数值模拟的基本理论  12-14
    2.1.1 基本控制方程  12-13
    2.1.2 商用CFD 计算软件选择  13-14
  2.2 风机计算模型建立  14-17
    2.2.1 建立几何模型  14-16
    2.2.2 网格划分  16-17
  2.3 数值计算方法及边界条件设置  17
  2.4 计算结果分析  17-21
    2.4.1 影响计算结果的因素  17-19
    2.4.2 模拟结果分析  19-21
  2.5 本章小结  21-22
第3章参数化建模平台的开发实现  22-33
  3.1 参数化建模研究概述  22-23
  3.2 开发环境  23
  3.3 软件结构功能  23-26
  3.4 平台开发机理与功能实现  26-32
    3.4.1 平台开发机理介绍  26-27
    3.4.2 平台功能实现  27-32
  3.5 本章小结  32-33
第4章离心风机叶轮参数优化  33-51
  4.1 变叶轮参数时风机模拟结果  33-41
    4.1.1 叶片数变化时风机模拟结果  33-35
    4.1.2 叶片出口安装角变化时模拟结果  35-38
    4.1.3 叶轮出口宽度变化时风机模拟结果  38-41
  4.2 多目标优化  41-46
    4.2.1 基于现代优化算法的多目标优化  41-44
    4.2.2 离心风机多目标优化模型  44-46
  4.3 优化结果及分析  46-50
  4.4 本章小结  50-51
第5章结论与展望  51-53
  5.1 结论  51-52
  5.2 展望  52-53
参考文献  53-56
攻读硕士学位期间发表的学术论文及其它成果  56-57
致谢  57-58
详细摘要  58-66

基于参数化建模的G4-73风机叶轮的优化研究

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