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研究基于遗传算法的平面叶栅多目标优化设计-土建水利论文_土建水利论文

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简介摘要摘要:本文提出了一个基于小生境遗传算法的平面叶栅多目标优化设计方法。该方法利用奇点分布法设计无厚翼型初始骨线,在最大厚度一定的条件下,采用NACA-0012型空气动力翼型的

摘要摘要:本文提出了一个基于小生境遗传算法的平面叶栅多目标优化设计方法  。该方法利用奇点分布法设计无厚翼型初始骨线 ,在最大厚度一定的条件下  ,采用NACA-0012型空气动力翼型的厚度分布规律对已知骨线进行加厚得到翼型  ,从而得到平面叶栅  。然后以平面叶栅表面边界层中的活动损失最小和翼型气蚀系数最低为多目标  ,用间隔法构造二者同一的目标函数  ,利用遗传算法来搜索最佳的骨线外形  。已知叶栅的流场分析由一个基于边界元的程序完成  。假定总损失和叶栅表面边界层中的活动损失成正比  ,该损失可通过积分法计算叶栅边界层得到 。将该方法应用于ZZ440叶栅的设计  ,结果显示可以得到较满足的解  。

摘要:遗传算法 平面叶栅 多目标 优化设计

目前  ,遗传算法[1在很多领域都得到了广泛的应用  ,取得了很好的效果  ,充分说明了遗传算法的有效性  。和一般算法相比  ,遗传算法更适合优化复杂的非线性新题目 。本文将遗传算法应用于平面叶栅优化设计  。一方面  ,奇点分布设计平面叶栅原理简单  ,易于实现 ,但由于骨线是按照无厚翼型设计的  ,加厚以后流道变窄  ,流速加大  ,因此正反新题目计算得到的环量相差较大 ,因此骨线需要调整;另一方面  ,充分利用遗传算法的全局搜索特性来搜索最优的骨线外形 。将二者的特征结合起来用于设计轴流平面叶栅 。这样既可以使得到的叶栅满足给定的环量要求  ,又可以进步其效率、减小气蚀系数  ,不失为一种新的尝试 。

1 数学模型

奇点法[2的基本出发点是用一系列分布在翼型骨线上的奇点来代替叶栅中的翼型对水流的功能  ,将叶栅绕流的计算转化为基本势流的叠加计算 ,利用绕流无分离的条件来绘制翼型的外形  。其条件是假定来流为无旋有势活动、叶片无穷薄  。在设计过程中  ,所求的骨 线可先假设一个翼型的骨线外形  ,计算出骨线上各点的合成速度W ,由于骨线 是假定的  ,W并不能和骨线相切  。根据骨线和速度W相切的条件修改第一次假设的骨 线外形  ,得到第二次近似骨线  。重复上述计算  ,直至逼近为止  。

1.1 目标函数 优化模型为摘要:

(1)

式中摘要:ξ为损失系数  ,σ为气蚀系数;βi(i=1,2,3,…6)?为奇点法设计骨线时得到的6个等分计算点的夹角(如图1) ,奇点法就是通过这六个夹角和骨线总长来得到骨线外形  。
得到骨线后  ,为得到翼型 ,必须以骨线为中线进行加厚 ,继而得到平面叶栅  。本文先根据强度要求来确定翼型的最大厚度 ,而后以NACA-0012型空气动力翼型的厚度分布规律为基础  ,对所得骨线进行双边加厚  。

1.2 约束条件 叶栅设计时的约束条件有几何约束、活动约束、能量约束等 。在确定约束条件时应考虑在答应的情况下  ,尽量减少约束条件的数目 。本课题提出约束条件有环量约束  ,以此来满足给定的环量  ,除此之外  ,还有速度分布约束、边界层无分离约束等 。

1.3 多目标优化设计方法 设优化的多目标优化模型[3为摘要:


(2)

式中摘要:X为优化个体;x1,x2,…,xk为优化变量;f1(X),f
    

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