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本研究團隊曾針對不同葉片數(shù)的旋轉(zhuǎn)空化器開展研究，例如，曾針對四葉片楔形葉片旋轉(zhuǎn)空化器進行數(shù)值仿真，并研究了減速板對旋轉(zhuǎn)空化器的作用[9-10]；針對雙葉片空化器的核心部件—楔形葉片進行改型設(shè)計，通過對比 2 種改型葉片和原型葉片的性能，從空化器形成的空泡尺寸和空化強度的角度出發(fā)，確定了優(yōu)化性能的改良方案[11]。

本文介紹了使用AI神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行旋轉(zhuǎn)機械葉片設(shè)計、仿真和優(yōu)化的方法。通過建立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，實現(xiàn)了對葉片性能的準確預(yù)測和優(yōu)化。本文的研究結(jié)果表明，AI神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠有效地應(yīng)用于旋轉(zhuǎn)機械葉片的設(shè)計、仿真和優(yōu)化過程，并可提高葉片的性能和效率。旋轉(zhuǎn)機械葉片是各種動力設(shè)備的關(guān)鍵部件，如航空發(fā)動機、燃氣輪機、壓縮機等。這些設(shè)備的性能和效率往往受到旋轉(zhuǎn)機械葉片的設(shè)計和性能的影響。

葉片為靜止導(dǎo)葉，內(nèi)部帶有兩彎三通道的冷卻冷卻結(jié)構(gòu)，前緣通道布置了擾流肋，尾緣通道有圓形的擾流柱，冷氣僅從上緣板的排出，冷氣與燃氣不摻混。計算模型為分為三個域，分別是燃氣、冷氣和固體葉片。葉片和燃氣域兩側(cè)均為旋轉(zhuǎn)周期面。

本案例主要介紹了基于Ansys專門優(yōu)化軟件optiSLang、旋轉(zhuǎn)機械氣動仿真軟件CFX和結(jié)構(gòu)仿真軟件Mechanical對某軸流風(fēng)扇葉片進行參數(shù)化優(yōu)化的過程；優(yōu)化目標為在固定轉(zhuǎn)速和背壓條件下，盡可能增大風(fēng)扇流量并保證風(fēng)扇的最大應(yīng)力不超過限定值。

幾何切割與旋轉(zhuǎn)操作。平面切割：選擇選項卡中的切割工具，以塔筒底部或葉片根部為參考平面進行切割，斷開幾何體的連接。此步驟確保后續(xù)旋轉(zhuǎn)操作僅作用于葉片部分。通過“Move”工具中的“Rotate”功能調(diào)整葉片至停機狀態(tài)（一個葉片朝下）。該軟件需要單獨學(xué)習(xí)操作的，可以關(guān)注作者的其他課程。

4 考慮預(yù)應(yīng)力和旋轉(zhuǎn)軟化在真實狀況下葉輪是運動的，由于離心力和氣動載荷 的影響,葉輪產(chǎn)生拉伸變形，模態(tài)有可能與靜止狀況有很大不同，所以必須予以考 慮。影響旋轉(zhuǎn)件頻率變化的一種原因是由于離心力對葉片運動產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力的影 響，造成了葉輪剛度的增大，使運行狀況下模態(tài)頻率升高。另一種原因：旋轉(zhuǎn)軟化,旋轉(zhuǎn)軟化使模態(tài)頻率降低。

1.3 噪聲頻譜特征1.3.1 旋轉(zhuǎn)的離散噪聲旋轉(zhuǎn)噪聲是由于葉片周期性旋轉(zhuǎn)時拍打流體，引起周圍流體相互沖擊形成壓力脈動而產(chǎn)生的，同時葉片的壓力面和吸力面的壓差產(chǎn)生的噪聲也稱為旋轉(zhuǎn)噪聲。

四、Fluent旋轉(zhuǎn)機械更新 Turbo Workflow (TWF)葉輪機專用前處理幫助用戶更快完成旋轉(zhuǎn)機械仿真的前處理設(shè)置和監(jiān)控測點設(shè)置；減少用戶重復(fù)輸入的操作和錯誤操作的可能；對操作樹可進行編輯和撤回操作。葉片轉(zhuǎn)靜交界面更新可以同時處理多級的旋轉(zhuǎn)機械葉片，適用于航發(fā)/燃機等多級旋轉(zhuǎn)機械產(chǎn)品。

對于發(fā)動機來說，通常定義曲軸旋轉(zhuǎn)對應(yīng)的頻率為基頻，即1階，基頻的n 倍噪聲被稱為n 階噪聲，如下圖：例如帶有6個葉片的風(fēng)扇，轉(zhuǎn)速為1500RPM，主軸頻率為1500rpm/60=25Hz，葉片旋轉(zhuǎn)通過頻率為25Hz*6=150Hz，葉片的通過階次為6，即旋轉(zhuǎn)軸每轉(zhuǎn)一圈，將有6個葉片通過，則葉片的通過階次是6階。

，其他部分流體域采用另外一個坐標系； ?實際情況是葉片通過旋轉(zhuǎn)來帶動靜止的水，本案例采用的是流體域旋轉(zhuǎn)但葉片相對靜止的方式進行近似的穩(wěn)態(tài)計算求解，需要特別注意旋轉(zhuǎn)部分流體域和葉片的設(shè)置； ?此外，需要注意的是，在前處理時，各部分流體域在交界位置是非正則的，需要采用Interface進行數(shù)據(jù)交互，如果在前處理時就將各部分流體域在交界位置處理成正則的(即各流體域在交界位置共節(jié)點

失速現(xiàn)象一般首先發(fā)生在葉輪處，當離心式或軸流式壓縮機的操作工況發(fā)生變動時，氣流會在葉片的凹面附近形成氣流漩渦，氣流漩渦的聚集會阻礙通道內(nèi)的氣流流通，減少通道內(nèi)的有效流通面積，形成氣流堵塞團，不但會使發(fā)動機性能（推力、經(jīng)濟性）大為惡化，限制發(fā)動機的工作范圍，更嚴重的可能會引起發(fā)動機突然熄火，或引起壓氣機葉片劇烈振動以致葉片斷裂而造成整臺發(fā)動機的損壞。

，其他部分流體域采用另外一個坐標系； ?實際情況是葉片通過旋轉(zhuǎn)來帶動靜止的水，本案例采用的是流體域旋轉(zhuǎn)但葉片相對靜止的方式進行近似的穩(wěn)態(tài)計算求解，需要特別注意旋轉(zhuǎn)部分流體域和葉片的設(shè)置； ?此外，需要注意的是，在前處理時，各部分流體域在交界位置是非正則的，需要采用Interface進行數(shù)據(jù)交互，如果在前處理時就將各部分流體域在交界位置處理成正則的(即各流體域在交界位置共節(jié)點

選擇轉(zhuǎn)子區(qū)域的Frame motion選項，激活該區(qū)域的動參考系模型，使得轉(zhuǎn)子區(qū)域成為動網(wǎng)格區(qū)域，將葉輪的中心位置設(shè)為旋轉(zhuǎn)中心，轉(zhuǎn)速設(shè)為1700r/min。進口的表面設(shè)置為速度入口，根據(jù)流量（Q=5L/min）和進口半徑（r=5mm）計算得到進口的流體速度v=1.06m/s；出口的表面設(shè)置為壓力出口，葉輪的表面設(shè)置為旋轉(zhuǎn)壁面。

1.計算模型介紹 本文選用的模型為官方教程的旋轉(zhuǎn)水輪風(fēng)扇模型，模型主要由兩部分組成，分別為實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)區(qū)域以及非旋轉(zhuǎn)的靜止區(qū)域，其中靜止區(qū)域設(shè)置有入口以及出口，液體從模型上方的入口流入，經(jīng)水輪葉片的帶動后，液體從出口流出。水輪葉片圍繞旋轉(zhuǎn)軸進行轉(zhuǎn)動，其中水輪葉片共12片。

失速現(xiàn)象一般首先發(fā)生在葉輪處，當離心式或軸流式壓縮機的操作工況發(fā)生變動時，氣流會在葉片的凹面附近形成氣流漩渦，氣流漩渦的聚集會阻礙通道內(nèi)的氣流流通，減少通道內(nèi)的有效流通面積，形成氣流堵塞團，不但會使發(fā)動機性能（推力、經(jīng)濟性）大為惡化，限制發(fā)動機的工作范圍，更嚴重的可能會引起發(fā)動機突然熄火，或引起壓氣機葉片劇烈振動以致葉片斷裂而造成整臺發(fā)動機的損壞。

風(fēng)力發(fā)電是當前廣泛運用的清潔能源發(fā)電方式之一，風(fēng)力發(fā)電主要利用風(fēng)力帶動風(fēng)車葉片旋轉(zhuǎn)，再通過增速機將旋轉(zhuǎn)的速度提升，來促使發(fā)電機發(fā)電。目前最長的風(fēng)車葉片尺寸已經(jīng)達到了130米，超長的葉片給運輸帶來了巨大的難題：如何將100米長的葉片牢牢固定在運輸卡車上？為了解決運輸難題，人們設(shè)計出了一款用于固定風(fēng)車葉片的工裝。

參考溫度保持在22°C，溫度載荷施加在葉片（BF）上： 在旋轉(zhuǎn)頻率為534.76 Hz的EO=2發(fā)動機階次激勵下，產(chǎn)生了非穩(wěn)態(tài)流動壓力（從ANSYS CFX導(dǎo)入）。然后通過映射處理器（/MAP）將壓力數(shù)據(jù)映射到機械A(chǔ)PDL中的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子風(fēng)扇葉片模型。

目前，國內(nèi)外對通風(fēng)機氣動噪聲的研究大多集中于機殼和葉片結(jié)構(gòu) 。尤其是對通風(fēng)機葉片結(jié)構(gòu)的研究認為旋轉(zhuǎn)槳葉的噪聲一般由葉片自身旋轉(zhuǎn)引起的離散噪聲即單極子聲源，剛和葉片表面紊流壓力脈動引起的頻率連續(xù)分布的寬頻噪聲即偶極子聲源組成，由于渦流脫落也會導(dǎo)致四極子聲源的產(chǎn)生 。

1 旋轉(zhuǎn)機械行業(yè)概述、趨勢及挑戰(zhàn)1.1 旋轉(zhuǎn)機械行業(yè)應(yīng)用1.2 旋轉(zhuǎn)機械行業(yè)面臨挑戰(zhàn)1.3 旋轉(zhuǎn)機械仿真發(fā)展趨勢及挑戰(zhàn)2 Ansys整套旋轉(zhuǎn)機械設(shè)計與仿真分析方案2.1 Ansys Turbo system分析流程2.2 1D/2D/3D設(shè)計工具：Vista、TF、BladeGen2.3 CAD模型前處理工具：BladeEditor2.4 自動網(wǎng)格生成工具