离心式压气机流-热-固耦合分析

利用松散耦合方法建立离心式压气机稳态流-热-固耦合模型,将离心式压气机解耦成气动、传热和结构三个子系统,子系统间存在热、力和变形的传递。由于不匹配的网格划分,利用反距离平均方法构造插值函数实现热与力向结构的传递,采用统一有限元模型实现热-固顺序耦合分析,利用网格重生成技术实现结构变形到气动分析模型的传递。经过3次迭代离心式压气机耦合系统达到收敛。结果表明,分析的离心式压气机内部流-热-固耦合强烈,耦合解法与非耦合解法得到压气机响应存在较大差异,对于多学科耦合强烈的构件,需要考虑学科间的耦合效应反应真实的工作状况。

离心式压气机耦合松弛多学科设计优化方法

为提高多学科设计优化的寻优效率,以离心式压气机为对象,开展了耦合松弛多学科设计优化方法的研究。针对松散耦合方法建立的离心式压气机的流-热-固耦合分析模型,为了避免反复迭代导致的分析、优化时间过长,构建了分层次的离心式压气机耦合松弛优化设计系统。在气动优化中采用全局寻优算法探索系统最优气动设计方案;在耦合优化阶段,综合考虑学科间耦合及相互作用,在气动优化的基础上局部寻优校验气动优化结果并得到最终设计方案。这种不同复杂层次模型的优化设计有效缩减了系统优化设计周期。

船用高压比大流量增压器涡轮多学科设计优化

针对船用高压比大流量增压器涡轮的多场耦合问题,综合考虑学科间耦合、相互影响,利用反距离加权平均插值函数实现气压、温度到结构域的传递,网格重生成技术实现结构变形向气动分析模型的传递,建立了考虑气动、传热、强度、振动几个学科的增压器涡轮多学科可行(MDF)分析模型,在优化算法的驱动下实现了多学科设计优化。在MDF分析模型中,经过3次迭代实现了耦合系统的求解;在优化过程中,针对造型参数众多所导致优化设计规模巨大的问题,开展造型参数的主效应分析,选取对性能影响的主要参数作为设计变量,以加权平均方法权衡各个学科之间的矛盾,实现增压器涡轮综合性能的提高。