本发明专利技术公开了基于FFD的离心叶轮多工况局部构型气动优化方法及装置，涉及离心压气机叶轮的气动设计技术领域。包括：获取离心压气机的叶轮几何构型；将叶轮几何构型输入到构建好的基于自由曲面变形FFD的气动优化模型；基于叶轮几何构型以及基于FFD的气动优化模型，得到离心压气机叶轮的多工况最优局部几何构型。本发明专利技术能够有效降低搜索设计空间的盲目性，高效求解绝热效率最大值，实现寻优过程中缩小设计空间、提高优化效率及形性优化控制的多重目的，能够提高离心叶轮多工况的气动综合性能。能够提高离心叶轮多工况的气动综合性能。能够提高离心叶轮多工况的气动综合性能。
【技术实现步骤摘要】
基于FFD的离心叶轮多工况局部构型气动优化方法及装置
[0001]本专利技术涉及离心压气机叶轮的气动设计
，特别是指一种基于FFD的离心叶轮多工况局部构型气动优化方法及装置。
技术介绍
[0002]离心压气机是保障国防安全和促进国民经济发展的重要动力装备，已广泛应用于航空航天、船舶、化工和新能源等战略需求领域。根据全国能源基础与标准化委员会的有关统计资料，工业压气机系统年耗电量约占全国总发电量的6％
‑
9％左右。随着中国在第七十五届联合国大会上提出“碳达峰、碳中和”的目标承诺及推进，提高离心压气机的气动性能对节能减排具有积极意义。
[0003]在离心压气机叶轮的复杂应用场景中需同时兼顾多个不同工况的气动综合性能水平，对其进行优化设计时会面临构型灵活性低、设计变量多、设计空间大和搜索盲目无效空间等难题，增加了气动设计的难度。
技术实现思路
[0004]为了改善几何构型的灵活性、缩小设计空间、减少搜索盲目性、提高计算效率和寻优质量，提出了基于FFD技术的离心叶轮多工况局部构型气动优化方法，高效地求解离心压气机叶轮的局部几何最佳构型。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]一方面，本专利技术提供了一种基于FFD的离心叶轮多工况局部构型气动优化方法，该方法由电子设备实现，该方法包括：
[0007]S1、获取离心压气机的叶轮几何构型。
[0008]S2、将叶轮几何构型输入到构建好的基于自由曲面变形FFD的气动优化模型。
[0009]S3、基于叶轮几何构型以及基于FFD的气动优化模型，得到离心压气机叶轮的多工况最优局部几何构型。
[0010]可选地，S3中的基于叶轮几何构型以及基于FFD的气动优化模型，得到离心压气机叶轮的多工况最优局部几何构型包括：
[0011]S31、基于叶轮几何构型，构建叶轮几何构型与空间控制体的映射模型。
[0012]S32、采用拉丁超立方抽样方法初始化样本数据。
[0013]S33、基于叶轮几何构型与空间控制体的映射模型以及样本数据，得到新的叶轮几何构型。
[0014]S34、基于叶轮几何构型生成的网格模板文件，对新的叶轮几何构型进行网格划分，得到新的叶轮网格模型。
[0015]S35、对新的叶轮网格模型进行数值计算，得到叶轮的多工况气动性能参数。
[0016]S36、设定离心压气机叶轮多工况气动优化流程的目标函数和约束条件，并根据多工况气动性能参数，得到FFD控制框架上控制顶点的最优解。
[0017]S37、判断是否达到预设结束条件；若达到，则根据最优解得到离心压气机叶轮的多工况最优局部几何构型；若未达到，则更新样本数据，转去执行步骤S33。
[0018]可选地，S31中的基于叶轮几何构型，构建叶轮几何构型与空间控制体的映射模型包括：
[0019]基于叶轮几何构型以及B样条基的FFD方法，构建叶轮几何构型与空间控制网格的映射模型。
[0020]可选地，S31中的叶轮几何构型与空间控制体的映射模型的数学表达式如下式(1)所示：
[0021][0022]式中，为叶片表面坐标，为FFD控制框架上的控制顶点；(s,t,u)为在控制框架内的局部坐标；i,j,k为FFD控制框架三个方向的标号；l,m,n为FFD控制框架在三个方向上的划分数；N
i,d
(s)，N
j,e
(t)，N
k,f
(u)分别对应于d,e,f阶的B样条基函数。
[0023]可选地，S32中的采用拉丁超立方抽样方法初始化样本数据包括：
[0024]S321、分别获取叶轮的多个局部几何区域对叶轮气动性能的影响效果。
[0025]S322、根据影响效果对多个局部几何区域进行排序。
[0026]S323、获取前预设个数的局部几何区域，对局部几何区域进行布局设计变量和设计空间，并采用拉丁超立方抽样方法初始化样本数据。
[0027]可选地，S33中的基于叶轮几何构型与空间控制体的映射模型以及样本数据，得到新的叶轮几何构型包括：
[0028]S331、基于叶轮几何构型与空间控制体的映射模型以及样本数据，求解叶轮几何构型与空间控制体的映射模型的非线性方程组的局部坐标。
[0029]S332、根据局部坐标得到叶轮的表面变化量。
[0030]S333、根据叶轮的表面变化量得到新的叶轮几何构型。
[0031]可选地，S35中的对新的叶轮网格模型进行数值计算，得到叶轮的多工况气动性能参数包括：
[0032]S351、对新的叶轮网格模型进行数值计算，得到离心压气机叶轮的稳态流场。
[0033]S352、基于稳态流场，得到叶轮的多工况气动性能参数。
[0034]可选地，S37中的更新样本数据的过程包括：
[0035]S371、对父代样本数据进行二元锦标赛、二进制交叉和多项式变异，得到子代样本数据。
[0036]S372、基于父代样本数据、子代样本数据以及快速非支配排序的进化算法，得到划分后的样本数据。
[0037]S373、基于划分后的样本数据以及空间密度算子模型排序方法，得到更新后的父代样本数据。
[0038]另一方面，本专利技术提供了一种基于FFD的离心叶轮多工况局部构型气动优化装置，该装置应用于实现基于FFD的离心叶轮多工况局部构型气动优化方法，该装置包括：
[0039]获取模块，用于获取离心压气机的叶轮几何构型。
[0040]输入模块，用于将叶轮几何构型输入到构建好的基于自由曲面变形FFD的气动优化模型。
[0041]输出模块，用于基于叶轮几何构型以及基于FFD的气动优化模型，得到离心压气机叶轮的多工况最优局部几何构型。
[0042]可选地，输出模块，进一步用于：
[0043]S31、基于叶轮几何构型，构建叶轮几何构型与空间控制体的映射模型。
[0044]S32、采用拉丁超立方抽样方法初始化样本数据。
[0045]S33、基于叶轮几何构型与空间控制体的映射模型以及样本数据，得到新的叶轮几何构型。
[0046]S34、基于叶轮几何构型生成的网格模板文件，对新的叶轮几何构型进行网格划分，得到新的叶轮网格模型。
[0047]S35、对新的叶轮网格模型进行数值计算，得到叶轮的多工况气动性能参数。
[0048]S36、设定离心压气机叶轮多工况气动优化流程的目标函数和约束条件，并根据多工况气动性能参数，得到FFD控制框架上控制顶点的最优解。
[0049]S37、判断是否达到预设结束条件；若达到，则根据最优解得到离心压气机叶轮的多工况最优局部几何构型；若未达到，则更新样本数据，转去执行步骤S33。
[0050]可选地，输出模块，进一步用于：
[0051]基于叶轮几何构型以及B样条基的FFD方法，构建叶轮几何构型与空间控制网格的映本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于FFD的离心叶轮多工况局部构型气动优化方法，其特征在于，所述方法包括：S1、获取离心压气机的叶轮几何构型；S2、将所述叶轮几何构型输入到构建好的基于自由曲面变形FFD的气动优化模型；S3、基于所述叶轮几何构型以及基于FFD的气动优化模型，得到所述离心压气机叶轮的多工况最优局部几何构型。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S3中的基于所述叶轮几何构型以及基于FFD的气动优化模型，得到所述离心压气机叶轮的多工况最优局部几何构型包括：S31、基于所述叶轮几何构型，构建叶轮几何构型与空间控制体的映射模型；S32、采用拉丁超立方抽样方法初始化样本数据；S33、基于所述叶轮几何构型与空间控制体的映射模型以及样本数据，得到新的叶轮几何构型；S34、基于所述叶轮几何构型生成的网格模板文件，对所述新的叶轮几何构型进行网格划分，得到新的叶轮网格模型；S35、对所述新的叶轮网格模型进行数值计算，得到叶轮的多工况气动性能参数；S36、设定离心压气机叶轮多工况气动优化流程的目标函数和约束条件，并根据所述多工况气动性能参数，得到FFD控制框架上控制顶点的最优解；S37、判断是否达到预设结束条件；若达到，则根据所述最优解得到离心压气机叶轮的多工况最优局部几何构型；若未达到，则更新样本数据，转去执行步骤S33。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述S31中的基于所述叶轮几何构型，构建叶轮几何构型与空间控制体的映射模型包括：基于所述叶轮几何构型以及B样条基函数的FFD方法，构建叶轮几何构型与空间控制网格的映射模型。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述S31中的叶轮几何构型与空间控制体的映射模型的数学表达式如下式(1)所示：式中，为叶片表面坐标，为FFD控制框架上的控制顶点；(s,t,u)为在控制框架内的局部坐标；i,j,k为FFD控制框架三个方向的标号；l,m,n为FFD控制框架在三个方向上的划分数；N
i,d
(s)，N
j,e
(t)，N
k,f
(u)分别对应于d,e,f阶的B样条基函数。5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述S32中的采用拉丁超立方抽样方法初始化样本数据包括：S321、分别获取叶轮的多个局部几何区域对叶轮气动性能的影响效果；S322、根据所述影响效果对所述多个局部几何区域进行排序；S323、获取前预设个数的局部几何区域，对所述局部几何区域进行布局设计变量和设<...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘北英，刘基盛，杨文明，钱凌云，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：
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