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1、_CAESES离心压气机叶轮优化案例分享案例离心压气机离心式压气机有体积小、单级高等特点，广泛应用于、等领域的。是离心压气机的核心部分，是主要做功部件，其模型的变化对压气机性能有着关键的影响。我们选择了一款现有的离心压气机叶轮模型，采用CAESES软件结合CFD仿真工具，对其气动性能进行优化。该离心压气机主要性能参数及叶轮模型如下所示：工作介质空气流量0.5kg/s转速100000r/min该优化案例的优化目标为在转速和流量保持不变的情况下，尽可能地提高效率和压比。优化流程对离心压气机叶轮的性能进行优化，首先需要控制其模型进行变化。CAESES提供了一个CAD环境，能够高效的创建参数化模型并进
2、行变形控制，方便灵活的生成多个不同的几何模型。基于CAESES输出的模型，可以在CFD软件中构建自动化网格划分及仿真分析流程，并通过CAESES软件进行调用，提取仿真分析得到的性能结果。最后，设置CAESES里的优化算法，根据仿真分析的结果调整叶轮模型参数，对叶轮性能进行自动优化。例如，CAESES结合CFX软件进行优化的典型流程如下：模型创建及变形控制首先在CAESES软件中构建全参数化叶轮模型，关键步骤如下：1. 首先定义叶轮子午流道型线及前尾缘位置；2. 流道可采用样条曲线，直线+圆弧等多种形式，可按照不同需求定义流道型线参数（此处采用直线+圆弧形式）；3. 之后可按照（包角）或（切向角
3、）分布曲线来生成叶片中弧线；4. 沿叶片高度方向生成多条中弧线，即可组合生成叶片中弧面；5. 基于中弧面给定叶片厚度分布曲线，即可生成叶片表面；6. 同样的可生成小叶片模型，并设置大小叶片间的角度差为参数。部分参数变化示意：仿真链接及自动优化在CFD软件中对叶轮进行单通道仿真计算，主要条件设置如下：介质理想气体湍流模型SST网格量80万边界条件类型进口总压+出口流量转速100000r/min计算过程中录制网格创建、前处理、求解及后处理的一系列脚本文件，并在CAESES调用这些脚本，构建自动化仿真流程，并读取仿真计算结果，如下图所示：采用CAESES中的Sobol算法进行初步优化，对七个关键参数
4、进行控制，调用仿真软件进行性能分析，共进行了30个模型的仿真计算。优化目标：l 效率提升l 压比提升优化结果最终得到的不同模型性能结果如下：图中红圈标记的为得到的最优模型。优化模型和初始模型的结果对比如下，总压比及效率都有明显提升。初始模型优化模型提升比例流量（kg/s）0.5总压比2.222.3877.50%效率0.87570.92135.20%优化模型与原始模型对比如下（绿色为原始模型，灰色为优化后模型）：同时基于批量仿真分析的结果，我们可以对不同几何参数对性能的影响趋势进行评估：总结1. 通过CAESES结合CFD仿真软件进行了压气机叶轮的初步优化，最终总压比提升7.5%，效率提升5.2%；2. 在CAESES中进行参数化建模，可高效精准地对叶轮模型进行优化调整；3. 通过CAESES调用外部软仿真件，可减少人工操作，实现自动化CFD仿真；4. 基于CAESES的优化算法，可以判断参数影响趋势，自动调整模型变化，进行模型性能优化；5. 后续可以构建压缩机蜗壳参数化模型，进行压缩机模型整体优化。6_