[发明专利]一种基于优化算法的压气机静子叶根开槽方法

摘要

本发明公开了一种轴流式压气机静子叶栅叶根处槽道设计优化计算方法，涉及优化算法及叶轮机械流动控制技术领域。其目的在于通过优化计算得到最优叶根槽道几何从而达到对角区分离控制效果最优。本发明能够对叶根槽道所有多个设计参数进行耦合计算分析，避免了流动优化控制中只对单个或某几个参数变化而进行的计算。对于自压力面向吸力面收缩S形槽道进行优化计算，优化参数为槽道进出口位置，长度及槽道高度5个，目标函数为叶栅总压损失系数，静压升系数和叶栅通道堵塞系数。本发明的有益效果在于将优化方法与叶栅流动控制方法相结合，在原始叶栅叶型固定的情况下，对槽道几何进行优化，从而使控制效果达到最优。

主权项

一种轴流式压气机静子叶栅叶根处槽道几何优化设计方法，其特征在于：本发明优化算法的选择为非支配排序遗传算法，是基于Pareto最优解概念的遗传算法；槽道(4)的优化参数由五个几何控制参数确定：槽道(4)在压力面(1)进口位置S1，其取值范围为距叶栅前缘10％～55％轴向弦长的值；槽道(4)在吸力面(2)出口位置S2，其取值范围为距叶栅前缘35％～70％轴向弦长的值；槽道(4)在压力面(1)进口长度L1，其取值范围为10％～50％轴向弦长的值；槽道(4)在吸力面(2)出口长度L2，其取值范围为5％～25％轴向弦长的值；槽道(4)在叶片展向高度H，其取值范围为叶栅高度的1.35％～10％之间的值；优化方法为：优化参数与目标函数间的关系根据泰勒展开式，对某一优化参数，由已有的在规定参数取值范围内的四个点和取值范围中间值的参考点得出的二阶拟合曲线求得，二阶拟合曲线f(p)满足以下关系：f(p)＝a(p‑pref)2+b(p‑pref)+qreff(pref)＝qreff(pi)≈qi其中，p为拟合曲线输入量，即槽道几何限定的五个位置参数，pref为五个设计参数的参考值，取各参数范围的中间值，拟合曲线严格通过参考值所在的点；优化的多目标函数分别为：叶栅尾缘出口总压损失系数Yp，叶栅通道静压升系数Cp和叶栅尾缘通道堵塞系数B：其中，Pt,∞为叶栅进口总压，Ps,∞为叶栅进口静压，Pt为叶栅出口总压，Ps为叶栅出口静压，Aex为叶栅尾缘出口实际面积，um是流体轴向速度，ρ是流体的密度，ρe是角区分离区域边界处流体的密度，Ue是角区分离区域边界处流体的轴向速度。