【摘 要】
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本文研究主要采用了基于Fluent的伴随方法和基于CAESES的参数优化方法进行内流部件的气动外形优化设计,内容包括流场的数值计算与分析,伴随方程的求解,参数优化平台的构建以及与参数优化的对比等工作。在伴随方法方面,采用最速下降法和基于Bernstein多项式和B样条的网格变形方法,实现伴随优化。在参数化优化方面,基于参数优化软件CAESES搭建了三维参数化全自动优化平台,并与伴随方法进行了对比。
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本文研究主要采用了基于Fluent的伴随方法和基于CAESES的参数优化方法进行内流部件的气动外形优化设计,内容包括流场的数值计算与分析,伴随方程的求解,参数优化平台的构建以及与参数优化的对比等工作。在伴随方法方面,采用最速下降法和基于Bernstein多项式和B样条的网格变形方法,实现伴随优化。在参数化优化方面,基于参数优化软件CAESES搭建了三维参数化全自动优化平台,并与伴随方法进行了对比。开展的具体工作内容主要分为以下几个方面:（1）开展了内流部件伴随方法的详细研究。简要介绍了基于Fluent Adjoint Solver的伴随优化流程以及流程中用到的优化算法和网格变形步骤,将伴随方法应用到某型超声速进气道中,验证了伴随方法的有效性。采用离散伴随方程求解总压损失系数和出口气流畸变度的伴随灵敏度,根据进气道型面灵敏度确定网格变形的区域,实现超声速进气道气动外形的单目标和多目标优化。（2）将参数化设计、数值计算以及参数优化算法相结合,搭建了全三维参数化优化平台。对某型超临界二氧化碳进气蜗壳进行基于CAESES的参数化优化设计,优化时采用全局敏感性分析Sobol算法进行采样,建立模型库,从中选取最优模型,以此为基础通过切线搜索法局部寻优,最后分析优化前后模型的结构以及流场的内部状态。（3）针对某S型亚声速进气道和某型混合工质离心压缩机排气蜗壳,分别开展了伴随和参数化优化,并对比分析了两种优化方法得到的结果。S型亚声速进气道优化的结果表明:伴随优化后的总压恢复系数增加了1.0215%,进气道的进口处出现鼓包,拐点处的分离区消失;在基于参数化优化平台中的全局搜索法结合切线搜索法优化300步后,总压恢复系数增加了0.186%,从优化前后的模型、马赫数云图、总压云图均可看出进气道流场性能有所提高。对排气蜗壳优化的结果表明:经过65步的切线搜索法局部寻优,排气蜗壳的总压恢复系数增加了0.577%;而伴随优化后的总压恢复系数增加了1.614%,蜗壳的扩压能力也得到了明显的提升。经过对比,伴随优化使得进气道、蜗壳的气动外形得到了更明显的改变,气动性能得到了更大幅度的提升,同时也更快的达到收敛解,找到最优模型。
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