叶轮旋转机械性能优化平台技术方案：.doc

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 201年1月 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 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 通过集成设计阶段所使用的建模和计算分析工具，一套能够实现、平台，最终通过该平台能够提高的整体效率。 2.2建设指标 3. 建设方案 3.1总体框架 设计平台3.2 主要业务功能模块介绍 优化设计系统包含叶轮机械三维设计、CFD仿真、专业的后处理分析和基于目标函数的参数优化等多个部分。通过在叶轮机械设计软件中进行产品的全三维设计，获得较理想的初步设计模型，并对此设计模型进行数值模拟和专业的后处理分析，获得目标函数值；根据分析所得的目标函数值，设置需要优化的设计参数，通过优化算法对设计参数进行有针对性的排列组合，以最少的优化设计次数获得最佳的设计参数组合，最终得到符合要求的产品。应用专业的后处理分析软件Ensight还可以提供除了标准后处理以外的更多信息，更灵活地合并输出不同动画和配图曲线，其虚拟现实的功能，为工程师更好地了解产品性能以及内部细节特征提供了最佳手段。 3.2.1 叶轮机械三维设计模块 根据该设计优化平台建设目标要求，推荐引入专业的旋转机械设计软件CFturbo作为叶轮机械设计部分的应用工具。CFturbo具备叶轮机械的整机设计能力，包括叶轮机械的叶轮、诱导轮、蜗壳、扩压器（叶片式/流道式）的设计能力，以及针对某些特殊要求的设计能力，例如污水泵设计功能（1~3叶片），双蜗壳设计功能、复合叶片设计等。每个设计步骤所涉及参数均支持参数输出和批处理，以便与CFD分析和优化进行更好的集成。CFturbo主要设计功能和参数体现如下： 全参数化智能设计，设计快速，重复性好：用户只需提供叶轮机械设计点的流量、压差、转速和流体介质属性等基本条件，CFturbo即可根据内置的经验函数自动设计叶轮机械的二维和三维水力模型。CFturbo智能化设计功能可引导设计人员进行叶轮机械的流程化的设计，同时有经验的设计人员可以根据自己的经验和特定的设计要求在不同