CAESES离心叶轮造型及优化实战案例

在CAESES中可以采用专门的离心叶轮建模方法快速、方便的构建离心叶轮全参数化模型，也可以针对特殊结构进行造型研究（如下图向心涡轮中的星型结构）。

本文将以某离心压气机叶轮 为例介绍CAESES中进行离心叶轮参数化建模及优化的方法。

• 全参数化模型：

离心叶轮的建模难点在于叶片曲面的构建及参数化表达，CAESES对于离心式叶轮的构建，主要分为三个部分的内容：

1. 在子午平面 上限定hub、shroud、LE、TE的形状和位置曲线；
2. 在空间中创建一系列的中弧面流线并耦合成叶片中弧面；
3. 使用中弧面加厚度分布的方法创建出叶片曲面。

首先在CAESES中构建子午流道（子午流道型线可以采用直线-圆弧-直线或样条曲线等形式），可以定义如下参数：

本案例中叶轮具有大小叶片，针对叶片在流道中位置可以定义如下参数：

• 大小叶片各自的LE曲线与hub、shroud相交的比例位置
• TE曲线与hub、shroud相交的比例位置

接下来在CAESES中构建从hub到shroud不同位置的叶片中弧线，从而进一步构建中弧面，控制中弧线形状和位置的参数主要有：

• 前缘theta角（前缘周向位置）
• 前缘beta角（进口气流角）
• 中弧线包角（尾缘周向位置-前缘周向位置）
• 尾缘beta角（出口气流角）
• 流线中部形状控制参数

以大叶片的LE曲线为约束，依次创建从叶根到叶顶的中弧线，然后将其耦合成大叶片的中弧面；

同样的方法，以小叶片的LE曲线为约束，依次进行小叶片中弧线的创建，然后再耦合成小叶片的中弧面；

使用已经创建成功的叶片中弧面，配合各自对应的厚度分布方程曲线，完成叶片曲面的创建，厚度分布曲线中定义的参数主要有：

• 前缘的椭圆比例系数 ；
• 叶片各个位置的厚度数值；

叶片参数变化示意如下：

• 自动化仿真流程 搭建

叶片构建完毕后，需要输出模型进行CFD分析，本案例中采用CFX-Turbogrid软件进行叶轮单通道结构化网格的创建，将hub曲线、shroud曲线、大叶片、小叶片以坐标数据curve格式进行；

录制网格创建、CFX前处理、CFX求解、CFX后处理 的一系列脚本文件，为CAESES设置链接的整个过程做好准备；

• 自动化优化

采用CAESES中的DOE及优化算法控制模型自动变化，并调用CFD软件分析 ，进行叶轮性能优化。

优化目标：

• 效率提升
• 压比提升

• 优化结果