串列葉片式前向離心風(fēng)機氣動與噪聲特性的優(yōu)化研究（續(xù)）
關(guān)鍵詞：離心風(fēng)機 發(fā)布時間：2013-08-07 點擊數(shù)：1316
數(shù)值計算結(jié)果及響應(yīng)面優(yōu)化
響應(yīng)面方法
響應(yīng)面方法模型建立容易、使用方便, 而且能夠顯式地揭示設(shè)計變量和目標(biāo)之間的響應(yīng)關(guān)系, 因此在葉輪機械的優(yōu)化設(shè)計中得到了廣泛應(yīng)用。響應(yīng)面近似函數(shù)通常使用二階多項式( 但不限于多項式) , 可以寫成如下形式.jpg)
對于根據(jù)樣本點擬合出來的響應(yīng)面多項式, 常使 用 統(tǒng) 計 學(xué) 中 的 決 定 系 數(shù) R ( coef ficient ofm ult iple det er minat ion)2a和修正決定系數(shù)R ( R square adjust ed) 來評價響應(yīng)面的近似質(zhì)量。-這兩個系數(shù)越接近于 1, 表示響應(yīng)面的近似程度越高, 足夠的逼近通常要求 R 2 和 R 2 的值在 0 9 以上。a1421樣本點設(shè)計和數(shù)值結(jié)果分析選取風(fēng)機的效率 G和 A 聲級 L a 為設(shè)計目標(biāo), 應(yīng)用響應(yīng)面分析方法優(yōu)選 € €l 和 H 的范圍, 首先將 € €l 和H編碼至(- 1, 1) 產(chǎn)生設(shè)計空間, 見表 1。.jpg)
在考慮兩個參數(shù)對風(fēng)機效率 G 和 A 聲級 L a 的影響時, 采用完全析因設(shè)計法選取樣本點, 數(shù)值計算
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采用完全二階多項式擬合得到 G 和 L a 關(guān)于兩個編碼自變量的回歸方程, 分別表示為
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由于 R 和 R 都很接近于 1, 因此認(rèn)為所得到的多項式擬合程度較好, 可以用來預(yù)測和進行優(yōu)化分析。根據(jù)上述回歸方程描繪出響應(yīng)曲面及等高線圖以確認(rèn)€x1) 、 x 2 ) 對 G和 La 的影響, 如圖 5、 6 所示。H(l(€圖
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從響應(yīng)曲面和等高線圖可以看出: € H 對串列l 和€葉片式前向離心風(fēng)機的效率和 A 聲級都有較大影響。隨著 € €l 和 H 的增大, 效率先增大, 后降低, 存在一個*大值; A 聲級則是隨著 € €的增大而逐漸降l 和H低, 其中€H的影響比€l 更顯著。因此, 可以通過響應(yīng)面
尋找滿足設(shè)計目標(biāo)的參數(shù)組合, 獲得理論上的理想設(shè)計點。
響應(yīng)面優(yōu)化及其數(shù)值驗證
對于本文所研究的串列葉片式前向離心風(fēng)機,其理想的*優(yōu)設(shè)計目標(biāo)是使風(fēng)機效率達到*高, 同時 A 聲級*低, 但回歸方程式( 7) 和式( 8) 并不存在這樣的*優(yōu)值。綜合起來考慮, 在暫時不能得到*理想結(jié)果的情況下, 本文選取改進后的風(fēng)機在氣動性能不降低的情況下, 使其氣動噪聲*低的串列葉片設(shè)計為新的目標(biāo), 即在效率不低于原風(fēng)機效率的情況下, 尋找 A 聲級*小時的兩個設(shè)計參數(shù)的值。該優(yōu)化問題可以用數(shù)學(xué)表達式描述為
化問題可以用數(shù)學(xué)表達式描述為式中 G 為原風(fēng)機數(shù)值計算的效率。0在約束條件下,
( 8)求取目標(biāo)函數(shù)的*小值, 可以得到效率不低于原風(fēng)機的效率, 并使 A 聲級*小的串列葉片兩個參數(shù)的值。 過求 解式 ( 7) ~ 式( 9) 可 得, 該點 在 x 1 =通0 34, x 2 = 01 66 處。1此時, 效率 G= 0 734, 對應(yīng)的 A1聲級為*小值 L a = 89 6dB, 相應(yīng)結(jié)構(gòu)參數(shù)為 €1l=0 226, € 0 233。1H= 1
由于加工制造費用較高且進行試驗周期較長,為了慎重選擇試驗方案, 在投入制造和試驗之前本圖5效率的響應(yīng)曲面及其等高線圖
文首先對通過響應(yīng)面方法得出的優(yōu)化方案進行了數(shù)值驗證。利用本文前面所述的經(jīng)過以往工作驗證的數(shù)值方法[ 5- 8] , 在與上文完全相同的條件下( 包括風(fēng)機運行條件、流量和數(shù)值處理方法) , 對本文串列葉片式離心風(fēng)機的響應(yīng)面優(yōu)化結(jié)果進行了 CFD 數(shù)值計算。 給出了響應(yīng)面和 CF D 數(shù)值計算的結(jié)果, 并表3與原風(fēng)機的數(shù)值計算結(jié)果進行了比較。數(shù)值結(jié)果表明: 該響應(yīng)面具有較高的預(yù)測精度,通過優(yōu)化設(shè)計, 能夠在基本不影響風(fēng)機原有良好的氣動性能的情況下, 使風(fēng)機的 A 聲級下降 4 1dB, 綜1合性能明顯改善。數(shù)值預(yù)測結(jié)果為下一步的試驗設(shè)計提供了可參考的依據(jù)。
結(jié)論
1)通過響應(yīng)面分析方法建立串列葉片的 相對長度€l 和相對周向位置€H與前向離心風(fēng)機的效率G和 A聲級 L a 之間的數(shù)學(xué)模型, 可以比較直觀地顯示兩個參數(shù)之間的交互作用。數(shù)值分析結(jié)果表明: 串列葉片的相對長度 €l 和相對周向位置 €H 對風(fēng)機的氣動性和氣動噪聲均有較大的影響。通過合理的優(yōu)化設(shè)計, 采用串列葉片結(jié)構(gòu)可以成為在兼顧風(fēng)機氣動性能和氣動噪聲的條件下, 進一步改善風(fēng)機綜合性能的途徑之一。
2) 優(yōu)化結(jié)果表明: 通過響應(yīng)面優(yōu)化得到的串列葉片設(shè)計參數(shù), 能夠使改進后的串列葉片式離心風(fēng)機的氣動性能與原單列葉片式離心風(fēng)機基本一樣, 而氣動 噪 聲明 顯 降 低。其 響 應(yīng)面 預(yù) 測 結(jié)果 與 相 應(yīng)CF D 數(shù)值驗證的結(jié)果相比誤差很小, 但該結(jié)果仍有待試驗驗證, 為后續(xù)擴大樣本空間, 尋找使風(fēng)機噪聲*低的參數(shù)設(shè)計提供有利依據(jù)。
3) 將 CFD 與 RSM 相結(jié)合的設(shè)計方法應(yīng) 用于指導(dǎo)離心風(fēng)機的氣動性能及氣動噪聲的優(yōu)化分析中,可以為試驗設(shè)計提供參考依據(jù), 有助于減少試驗次數(shù), 降低試驗成本, 縮短研發(fā)周期。
常州市（無錫）文順風(fēng)機有限公司產(chǎn)品齊全，主要產(chǎn)品有：高、中、低離心風(fēng)機、引風(fēng)機；各種軸流風(fēng)機；水泥立窯專用高壓離心風(fēng)機；化鐵爐高壓離心風(fēng)機；化鐵企業(yè)替代進口的不銹鋼風(fēng)機；空調(diào)專用風(fēng)機；各種除塵、耐磨、防腐、非標(biāo)等特種風(fēng)機近三十個系列，三百多種規(guī)格的產(chǎn)品。
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