在CAESES中可以采用專門的離心葉輪建模方法快速、方便的構建離心葉輪全參數化模型，也可以針對特殊結構進行造型研究（如下圖向心渦輪中的星型結構）。

                                                                          葉輪模型

本文將以某離心壓氣機葉輪為例介紹CAESES中進行離心葉輪參數化建模及優化的方法。

 全參數化模型 

離心葉輪的建模難點在于葉片曲面的構建及參數化表達，CAESES對于離心式葉輪的構建，主要分為三個部分的內容：

1. 在子午平面上限定hub、shroud、LE、TE的形狀和位置曲線；

2. 在空間中創建一系列的中弧面流線并耦合成葉片中弧面；

3. 使用中弧面加厚度分布的方法創建出葉片曲面。

首先在CAESES中構建子午流道（子午流道型線可以采用直線-圓弧-直線或樣條曲線等形式），可以定義如下參數：

                                                                      子午面曲線形狀

本案例中葉輪具有大小葉片，針對葉片在流道中位置可以定義如下參數：

 ·大小葉片各自的LE曲線與hub、shroud相交的比例位置

 ·TE曲線與hub、shroud相交的比例位置

接下來在CAESES中構建從hub到shroud不同位置的葉片中弧線，從而進一步構建中弧面，控制中弧線形狀和位置的參數主要有：

• ·前緣theta角（前緣周向位置）

• 前緣beta角（進口氣流角）

• 中弧線包角（尾緣周向位置-前緣周向位置）

•  尾緣beta角（出口氣流角）

•  流線中部形狀控制參數

以大葉片的LE曲線為約束，依次創建從葉根到葉頂的中弧線，然后將其耦合成大葉片的中弧面；

                                                            中弧線擬合創建中弧面

同樣的方法，以小葉片的LE曲線為約束，依次進行小葉片中弧線的創建，然后再耦合成小葉片的中弧面；

                                                                  葉片中弧面

使用已經創建成功的葉片中弧面，配合各自對應的厚度分布方程曲線，完成葉片曲面的創建，厚度分布曲線中定義的參數主要有：

•  前緣的橢圓比例系數；

• 葉片各個位置的厚度數值；

                                                                           葉片曲面

葉片參數變化示意如下：

                                                                前緣曲率變化（動圖1）

                                                          前緣橢圓度變化（動圖2）

                                                                         尾緣角度變化

 自動化仿真流程搭建 

葉片構建完畢后，需要輸出模型進行CFD分析，本案例中采用CFX-Turbogrid軟件進行葉輪單通道結構化網格的創建，將hub曲線、shroud曲線、大葉片、小葉片以坐標數據curve格式進行；

                                                                        曲線數據輸出

錄制網格創建、CFX前處理、CFX求解、CFX后處理的一系列腳本文件，為CAESES設置鏈接的整個過程做好準備；

 

                                                                         單通道網格

                                                              CAESES自動化鏈接面板

 自動化優化 

采用CAESES中的DOE及優化算法控制模型自動變化，并調用CFD軟件分析，進行葉輪性能優化。

• 優化目標：

•  效率提升

•  壓比提升

                                                                       優化算法設置

                                                                   優化計算數據結果

                                                 結果對比及參數變化影響趨勢示意圖

 優化結果 

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