[发明专利]一种离心压气机叶轮的优化方法和系统

说明书

本发明公开一种离心压气机叶轮的优化方法和系统，该发明首先选取叶轮因素参数和叶轮目标参数，采用试验设计法，根据所述叶轮因素参数确定叶轮因素值，根据所述叶轮因素值确定对应的叶轮目标参数的叶轮目标值，然后再根据多组所述叶轮因素值与对应的所述叶轮目标值建立代理模型，最后根据所述代理模型确定最优叶轮值。本发明采用试验设计法与代理模型相结合，减少优化设计计算的工作量，提高了优化效率，实现了全局最优分析，提高了系统的可靠性。

技术领域

本发明涉及压气机技术领域，具体地，涉及一种离心压气机叶轮的优化方法和系统。

背景技术

在现代社会涡轮增压器发挥着越来越重要的作用，广泛应用于航空航天、能源、交通等重要部门，随着当代社会对动力装置的动力性能要求越来越高，节能环保观念的普及和技术的发展，涡轮增压器朝着高效率、小尺寸、重量轻、高压比、高运行范围、高可靠性方向发展是必然的趋势。

离心压气机叶轮是涡轮增压的重要组成部分，离心压气机叶轮的多工况性能直接影响到涡轮增压工作性能。

传统的离心压气机叶轮设计方法为：参照现有叶轮进行经验计算设计出叶轮；再将得到的叶轮进行数值计算性能分析，或者进行实验测试；对叶轮参数进行局部修改；再进行数值计算或实验，并与原始叶轮进行比较看性能是否提高，再次修改设计、仿真或者实验，如此循环，形成了设计-仿真-修改-设计的循环设计周期，这种局部修改方式的有效性依赖于设计人员的经验，对设计人员的技术水平要求非常高，得到的叶轮也只能实现局部相对较优，设计周期较长，效率低。此外，温度和变形对离心压气机气动性能产生重要影响，仅考虑流体或结构某单方面优化，将导致设计与实际脱节，严重影响压气机的工作性能。

针对上述传统的离心压气机叶轮设计方法中存在的不足，如何克服上述不足，是目前离心压气机叶轮优化设计急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种离心压气机叶轮的优化方法和系统，采用试验设计法与代理模型相结合，提高了优化效率，实现了全局最优分析。

为实现上述目的，本发明提供了一种离心压气机叶轮的优化方法，该方法包括以下步骤：

选取叶轮因素参数和叶轮目标参数；

采用试验设计法，根据所述叶轮因素参数确定叶轮因素值；

根据所述叶轮因素值确定对应的所述叶轮目标参数的叶轮目标值；

根据多组所述叶轮因素值与对应的所述叶轮目标值建立代理模型；

根据所述代理模型确定最优叶轮值。

可选的，所述采用试验设计法，根据所述叶轮因素参数确定叶轮因素值具体包括：

根据所述叶轮因素参数确定参数变化范围；

采用试验设计法，在所述参数变化范围内确定叶轮因素值。

可选的，所述根据所述叶轮因素值确定对应的所述叶轮目标参数的叶轮目标值具体包括：

根据所述叶轮因素值建立叶轮参数化模型；所述叶轮参数化模型为叶轮流体模型和叶轮结构模型；

采用流体动力学分析软件对所述叶轮流体模型进行流场与温度场耦合分析获得第一表面温度载荷和第一压力载荷；将所述第一表面温度载荷传递给所述叶轮结构模型后进行温度场分析获得第一实体温度载荷；根据所述第一压力载荷与所述第一实体温度载荷进行结构变形有限元分析确定第一结构变形数据；

将所述第一结构变形数据通过网格重生成技术传递给所述叶轮流体模型后再次进行流场与温度场耦合分析获得第二表面温度载荷和第二压力载荷；将所述第二表面温度载荷传递给所述叶轮结构模型后进行温度场分析获得第二实体温度载荷；根据所述第二压力载荷与所述第二实体温度载荷进行结构变形有限元分析确定第二结构变形数据；