一种涡轮叶片交叉肋冷却结构参数化优化设计方法及系统.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115935808A(43)申请公布日2023.04.07(21)申请号202211492457.XG06F119/06(2020.01)(22)申请日2022.11.25G06F111/04(2020.01)(71)申请人哈尔滨工程大学地址150000黑龙江省哈尔滨市南岗区南通大街145号(72)发明人董平周旭李涛牛夕莹候隆安韩蕊于子杰(74)专利代理机构哈尔滨市阳光惠远知识产权代理有限公司23211专利代理师姜艳红(51)Int.Cl.G06F30/27(2020.01)G06F30/17(2020.01)G06T17/20(2006.01)G06N3/12(2023.01)权利要求书2页说明书7页附图6页(54)发明名称一种涡轮叶片交叉肋冷却结构参数化优化设计方法及系统(57)摘要一种涡轮叶片交叉肋冷却结构参数化优化设计方法及系统，属于叶轮机械领域，解决了传统涡轮叶片交叉肋冷却结构优化设计过程中，需要人工进行有限次、重复性、经验性的设计试验方案来人为寻优导致工作量巨大且优化结果具有一定的离散性，很难寻得最优结果的问题，本发明的要点为：将涡轮叶片气膜分为四个区域，分别对四个区域进行优化设计，得到优化设计变量，根据优化设计变量对四个区域进行UG参数化建模，对模型进行自动网格划分，进行CFD计算及后处理，提取目标函数，对目标函数进行判断，输出优化结果，完成所述优化设计方法。本发明适用于燃气涡轮叶片内部交叉肋结构的优化设计。CN115935808ACN115935808A权利要求书1/2页1.一种涡轮叶片交叉肋冷却结构参数化优化设计方法，其特征在于，所述方法包括：S1：将所述涡轮叶片气膜分区交叉肋冷却结构分为四个区域；S2：对所述四个区域中的第一个区域进行优化设计：提取所述第一个区域的特征设计参数，根据所述第一个区域的特征设计参数得到优化设计变量，对所述优化设计变量进行设置，得到设置后的优化设计变量；S3：根据所述设置后的优化设计变量对所述第一个区域进行UG参数化建模；S4：使用ICEM脚本文件，对参数化交叉肋模型进行自动网格划分；S5：使用CFX软件中的CCL语言进行：对计算域边界条件进行前处理；调用CFX求解器，对计算域的后台进行求解计算，得到求解结果；编写CCL语言，对所述求解结果进行后处理，输出目标函数；S6：对所述目标函数进行判断，当所述目标函数满足设计要求，输出优化结果；当所述目标函数不满足设计要求，使用优化算法对所述优化设计变量进行寻优处理，并重复S3‑S6，直到优化得到的目标函数满足设计要求；S7：重复步骤S2‑S6，对所述四个区域中的其余区域进行优化设计，直到交叉肋冷却结构的目标函数均满足要求，完成所述涡轮叶片交叉肋冷却结构参数化优化设计方法。2.根据权利要求1所述的一种涡轮叶片交叉肋冷却结构参数化优化设计方法，其特征在于，所述四个区域包括：前部区域、中部区域、后部区域和尾部区域。3.根据权利要求1所述的一种涡轮叶片交叉肋冷却结构参数化优化设计方法，其特征在于，所述特征设计参数包括所述交叉肋的肋宽ω、肋间距t、肋倾角β。4.根据权利要求1或3所述的一种涡轮叶片交叉肋冷却结构参数化优化设计方法，其特征在于，对所述优化设计变量进行设置为：对所述优化设计变量的取值上限、取值下限以及初始值进行设置；所述肋宽的取值上限为2mm，取值下限为1.2mm，初始值为1.6mm；所述肋间距的取值上限为1.8mm，取值下限为1mm，初始值为1.4mm；所述肋倾角的取值上限为40°，取值下限为20°，初始值为30°。5.根据权利要求1所述的一种涡轮叶片交叉肋冷却结构参数化优化设计方法，其特征在于，所述参数化建模的参数包括：肋间距t、肋高h、肋宽ω、肋倾角β及肋片数N，所述参数表达为y＝(t，N，h，ω，β)。6.根据权利要求1所述的一种涡轮叶片交叉肋冷却结构参数化优化设计方法，其特征在于，所述参数化建模的约束条件为流道长度、肋排总长及肋片排列方向。7.根据权利要求1所述的一种涡轮叶片交叉肋冷却结构参数化优化设计方法，其特征在于，所述前处理包括：自动设置、湍流模型选取。8.根据权利要求1所述的一种涡轮叶片交叉肋冷却结构参数化优化设计方法，其特征在于，所述优化算法为多岛遗传算法。9.根据权利要求1所述的一种涡轮叶片交叉肋冷却结构参数化优化设计方法，其特征在于，所述目标函数为综合换热因子TPF，其中Nu为努塞尔数，Nu0为静止管道完全发展湍流的努赛尔数值，f为交叉肋通道的流阻2CN115935808A权利要求书2/2页系数，f0为光滑通道的摩擦系数。10.一种涡轮叶片交叉肋冷却结构参数化优化设计系统，其特征在于，所述系统包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，当所述处