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【作者基本信息】 南京航空航天大学， 航空宇航推进理论与工程， 2009， 博士
【摘要】 数值气动优化设计方法是计算流体力学和数值最优化理论相结合的一种跨学科自动设计方法,它较少地依赖设计人员的经验,能实现多目标优化设计和多设计参数组合优化设计,但是该方法对流场计算精度和计算机速度要求较高,直到近些年,随着计算机技术的发展得以快速发展。本文风扇/压气机的数值气动优化设计重点研究四个关键技术:研究耗时少、计算较准确的叶片通道流场数值计算方法;研究具有良好寻优能力的数值最优化方法;利用计算机辅助几何设计技术,研究三维叶片造型的参数化方法;研究以气动性能为目标的多目标函数构建方法。本文编制大量程序源代码实现了上述气动优化设计关键技术,并在此基础上展开下列具体工作:研究了叶片通道流场计算方法。针对雷诺平均三维NS方程流场计算耗时较长,本文利用Denton的粘性体积力流场计算方法编制程序,对叶片通道流场进行了仿真计算,大大缩短了流场计算耗时。通过美国NASA 67和37号转子计算算例,探索出该程序经验参数设置规律;并将粘性体积力方法的计算结果与实验数据、NUMECA软件计算结果进行比较,验证了粘性体积力方法的准确性。研究了高效率的并行遗传算法。采用实数编码、自适应算子、小生境技术等对基本遗传算法进行改进,提高了搜索效率和全局寻优能力;采用WinSock通讯机制、多线程技术、主从结构体系,实现了基于局域网多台计算机或服务器多CPU并行优化,大幅度缩短了优化时间。研究了风扇/压气机三维叶片基于修改量的参数化方法。这里提出了以叶片积叠线、叶片型面、子午面流道和叶片弦长都作为设计变量的多变量组合优化设计思想。在叶片型面参数化中,引入借鉴多重网格法和Beizer递推算法的多层参数化方法,并与遗传算法结合,达到提高寻优效率的目的。为了统一规范积
