基于伴随求解的核主泵轴向力优化方法（英文）

作者：Jia-ming WANG; Peng-fei WANG; Xu ZHANG; Xiao-dong RUAN; Xin FU

来源：Journal of Zhejiang University-Science A(Applied Physics & Engineering), 2019, 20(11): 852-863.

• 核主泵
• 伴随方法
• 径向基函数
• 轴向力
• 形状优化

目的:核主泵轴向力过大容易造成水润滑轴承磨损,因此在保证扬程和效率性能的同时需要降低核主泵轴向力。本文旨在建立目标性能与叶轮几何形状的函数关系,探究基于伴随求解的扭曲叶轮的变形方案,在保证扬程不变的条件下同步优化叶轮的轴向力和效率,并找到影响该综合性能的叶轮关键区域。创新点:1.提出一种同步改进多个目标性能的叶轮形状优化方法;2.将伴随求解和径向基函数网格变形相结合以实现核主泵叶轮三维曲面优化。方法:1.通过理论分析,建立基于径向基函数网格变形的伴随优化方法,并在开源平台编写迭代程序;2.通过公式推导,构建扬程、效率和轴向力对应的目标函数(公式(19)～(21)),并运用正交实验确定各个目标函数的参数因子;3.通过迭代计算,在保证扬程不变的条件下实现轴向力和效率的同步优化,确定影响该综合性能的关键区域(图8),并获得叶轮的改进设计方案;4.通过流场分析,对比改进前后流场内部的压力和流速分布情况(图9和10),并验证改进方案的可行性和有效性。结论:1.与传统的随机算法相比,该优化方法直接沿梯度方向进行迭代优化,可以避免使用大量样本数据来寻找优化路径;2.该优化方法将伴随求解和径向基函数网格变形相结合,实现了流场计算和结构变形的自动化,可以保证流场网格光滑高效地更迭;3.叶轮靠近出口边的下半部分是同步优化核主泵轴向力和效率的关键区域。

• 单位
  流体动力与机电系统国家重点实验室; 浙江大学