ORC透平气动性能分析及优化设计

冶金动力2017年第7期

前言

在节能减排和保护环境等国家战略需求下，低温余热的回收利用受到了广泛的重视。ORC(Or-

ganic Rankine Cycle,简称ORC)透平具有工质沸点低、来源范围广、蒸汽饱和曲线陡的特点，能安全高效的将低温热源的热能转换为机械能和电能。透平是热能转换系统的核心设备，所以对ORC透平性能分析和设计方法的研究具有理论意义和重要的工程应用价值。本文以R245fa有机蒸汽作为流动工质，设计了ORC透平，并开展ORC透平内部流动结构和气动性能分析。

1ORC单级透平热力设计

1.1主要技术参数

设计功率:50kW;

循环工质:R245fa;

新汽温度:110℃;

新汽压力：1.56MPa;

排汽压力:0.28MPa

机组转速:8000r/min。

1.2热力设计模型及计算过程

（1）由i-s图得整机理想比焓降Δh s

C a=2×Δh s×103

√(1) (2)汽轮机热力过程曲线图如图1所示

图1汽轮机热力过程曲线图

ORC透平气动性能分析及优化设计

刘伟阳，闵爱妮，刘美丽，周志明

（西安陕鼓动力股份有限公司，陕西西安710075）

【摘要】采用一维绝热热力设计方法，在给定的技术参数条件下，给出了叶片节距、气流角、叶高等参数，计算了各个截面上的流动参数。设计了通流部分的流道结构和整个有机朗肯循环(Organic Rankine Cycle,简称ORC)单级透平结构。采用商业软件NUMECA进行数值模拟，对ORC单级透平内部流动的气动性能进行详细分析。通过改善流动条件，对叶型进行优化。

【关键词】ORC透平；气动性能；数值模拟；优化设计

【中图分类号】TK14【文献标识码】B【文章编号】1006-6764(2017)07-0038-05 Analysis and Optimized Design of the Aerodynamic

Performance of ORC Turbines

Liu Weiyang,Min Aini,Liu Meili,Zhou Zhiming

（Xian Shaangu Power Co.,Ltd.,Xian,Shaanxi710611,China）

[Abstract]The one-dimensional adiabatic thermal design method was adopted;and with given technical parameters,the blade pitch,flow angle and blade length were provided and flow parameters of every section were calculated.The channel structure and the entire ORC single-stage turbine structure were designed.Numerical simulation was performed using com-mercial software NUMECA,to analyze the aerodynamic performance of the internal flow of single stage ORC turbine in detail.Through improving the flow conditions the blade shape was optimized.

[Keywords]ORC turbine;aerodynamic performance;numerical simulation;optimized de-sign

基于遗传算法的翼型气动优化设计

第18卷第3期2000年9月空　气　动　力　学　学　报　ACTA AER ODYNAMICA SINICA V ol.18,N o.3Sep.,2000收稿日期:1999205226;修订日期:1999211217. 基于遗传算法的翼型气动优化设计王晓鹏,高正红 (西北工业大学,西安710072) 摘要:采用遗传算法进行跨声速翼型的反设计与阻力和升阻比的优化设计。翼型的反设计达到了设计要求,优化设计后的翼型其气动特性也有显著的改善,这表明了遗传算法应用于翼型气动优化设计的可行性。在优化设计的过程中,翼型由解析函数线形叠加法表示, 目标函数和个体的适应值由二维欧拉方程的流场解来提供。关键词:翼型;遗传算法;气动优化设计;欧拉方程中图分类号:V21111 文献标识码:A 文章编号:025821825(2000)0320324206 0　引　言遗传算法是一种基于达尔文自然选择和进化规则的优化搜索方法。该方法通过模拟自然界生物适者生存、优胜劣汰的遗传法则使解的性能逐步趋优。它无需传统优化方法对搜索空间的苛刻要求,因而具有极强的鲁棒性。此外,采用遗传算法进行优化设计时,仅用到个体的目标函数值,不要求函数具有连续性和可导性,因此特别适合处理复杂的工程优化问题[1,2]。本文应用遗传算法对跨声速翼型进行优化设计。首先进行翼型的反设计,使优化设计的翼型具有预先给定的压力分布,以验证优化设计方法和程序的正确性和有效性;然后优化翼型形状,使其在给定的约束条件下具有最小的阻力或最大的升阻比。 1　遗传算法基于遗传算法的气动优化设计是由模拟生物的进化过程演变而来的一种飞行器外形设计方法。它是通过遗传算法中复制、杂交和变异算子的操作来实现的。复制是进化个体经过赌盘选择,使父代的优良个体以较大的概率在子代中得到继承的遗传过程。杂交是指父代中的个体随机的交换染色体中的基因而在子代中产生新的个体。变异是个体染色体中的基因以变异概率发生随机性改变的过程。可见,杂交和变异使后代中产生新个体,复制使父代的基因在子代中得以继承,从而使生物物种在继承的基础上不断进化。采用简单遗传算法[3]进行优化设计时,需要确定设计变量及其变化范围,在此基础上对所有父代个体进行二进制编码,编码后的个体经过复制、杂交和变异算子的作用产生进化的子

橡胶密封件优化设计平台系统

２７４２００６年橡胶新技术交流暨信息发布会橡胶密封件优化设计平台系统谭晶１，杨卫民１，李建国１。杨维章２，贺永军２，鲁选才２（１．北京化工大学机电工程学院，北京１０００２９；２．西北橡胶塑料研究设计院，陕西咸阳７１２０２３）摘要：介绍了一种橡胶密封件优化设计平台系统，利用该系统可对各种密封件如０形圈，矩形圈、滑环式组合和油封等进行有限元分析，且能对各种密封件进行参数化设计，各种结构尺寸调整后，设计图形自动更新，并可快速转化为有限元模型进行分析，借助不断丰富的专家知识库和有限元分析结果对橡胶密封件进行分析优化。获得橡胶密封件的最佳结构设计及其对材料和成型工艺条件的具体要求，自动生成密封件制品和模具设计图纸．为今后橡胶密封件制品的结构优化、模具设计和新产品开发奠定了基础．关键词－９封圈；橡胶密封；优化设计；随着ＣＡＤ／ＣＡＥ技术的发展和现代化和智能化生产方式的出现，传统的产品设计模式己经不能满足现代生产的需要，ＣＡＥ技术已经成为设计过程中不可缺少的一部分。橡胶由于其特殊的性能和低廉的价格被应用于各行各业，所以对橡胶制品进行有限元分析有着重要的意义。近年来，国内虽有一些企业开始认识到有限元分析在橡胶工程中的巨大作用，也开始应用有限元技术来分析橡胶密封制品，但总的说来，应用效率非常低，仍然摆脱不了传统的设计模式，使得有限元分析与应用严重脱节，不能实现现代化和智能化的生产目的。本项目研制的“橡胶密封件优化设计平台系统”改变了传统的设计方法和设计理念，对于新产品的研究开发，不需要加工制造及试验的环节，设计人员通过网络了解市场需求以及用户的要求，可直接利用该系统根据用户要求选择密封件的材料从而选择密封件的结构，并可对其进行反复的有限元分析，得到优化后的应力应变及变形图等计算的结果，达到用户要求后即可输出相应的参数结果，从而输出制品图和模具图，即能够在优化设计过程中，实现尺寸驱动，各结构尺寸调整后有限元模型和设计图形会自动更新，给设计者的设基金项目：国防科工委十?五（二期）重点攻关项目（ｍｋｐｔ一２００４—２９）计工作带来了方便，缩短了产品的开发周期、降低了产品的投入成本，增强了市场竞争能力。１橡胶密封件优化设计平台系统介绍橡胶密封件优化设计平台系统（如图１）和所有的操作软件一样，利用ＧＵＩ的方式展示给使用者，使用方便，操作简单，使用者只需了解简单的ＧＵＩ操作界面，所有的计算都在后台运行，无需掌握计算过程和计算方法，只需点击相应的按钮即可实现相应的功能。本系统共包括材料和结构数据库、密封件有限元分析系统、专家知识库三大部分。图Ｉ橡胶密封件优化设计平台系统主截面２橡胶密封件优化设计平台系统功能简介２．１材料和结构数据库橡胶密封件材料参数和制品及模具相关参

整车气动性能研究

整车气动性能研究一、意义运用风洞实验与模拟仿真技术，保证整车的气动性能达到较高的水平；在产品的整个开发过程中，应用仿真手段优化整车的气动性能。并通过少量的风洞实验保证仿真的精度和准度。课题研究依托战略项目AB03进行，成果可应用了所有自主研发车型。课题成功后，我司可将CFD技术用于汽车外形同步开发，选出具有良好气动性能的风阻小，风噪低，操控稳定性好的的汽车外形，提高我司产品的性能和竞争力。同时CFD技术可以部分取代风洞实验，可节省大量的样件试制费用及风洞实验费用，缩短开发周期。以开发一款新车为例，从CAS面阶段到油泥模型阶段，再到A面冻结，造型反复修改次数不少于10次，按照正常的开发流程，期间风洞实验次数不少于5次，按照每次实验费用20万人民币计算，实验费用就要100万，如果算上人员、试制及运输费用，应该在150万以上。每次风洞实验按5个工作日计算，需要25个工作日，时间开发过程中最难协调的问题。二、技术方案、路线及技术指标（一）技术基础：汽车行驶时除了受到来自地面的力以外，还受到周围气流的气动力作用，气流的作用主要是产生升力和阻力。当有侧风存在时，来流速度和汽车对称平面之间存在横摆角，于是就存在一个侧向力。三个气动力的合力作用点成为风压中心 C.P。风压中心在汽车的对称平面内，但它不一定与重心（CG）重合。所有力放在重心上来研究，就产生了三个气动力矩。图1、气动力和气动力矩示意图空气作用于车身的向后的纵向分力称为气动阻力，这种阻力与车速平方成正比，为了克服气动阻力所消耗的功率和燃料是随车速的三次方急剧增加的，当车速超过100km/h时，发动机功率有80%用来克服气动阻力，要消耗很多燃料，在高速行使时，如能减少10%的气动阻力，就可使燃料经济性提高百分之十几，当前汽车开发十分重视气动阻力系数CD，因为它直接关系到汽车动力性，经济性。在车身上产生升力，汽车的附着力减小，影响操纵稳定性和驱动力。重量轻的汽车，特别是重心靠后的汽车，对前轮的升力特别敏感，这种情况对行驶中的汽车非常危险，即当前

气动特性分析

飞行器总体设计课程设计 150座客机气动特性分析计算全机升力线斜率C L ：为机翼升力线斜率：CL -_^ = 2 AR 2 d h 2C L ：._W S gross 该公式适用于d h /b < 0.2的机型 Z 为校正常数，通常取值为3.2; d h 为飞机机身的最大宽度；b 为机翼的展长； S net 为外露机翼的平面面积；S gross 为全部机翼平面面积。由于展弦比A R =90 算出C La_w =514（ 1/rad ）又因为Z 为校正常数，通常取值为3.2; d h 为飞机机身的最大宽度，等于3.95m ； b 为机翼的展长，等于34.86m; C L: C La_W 1 dh b 丿 S gpss

S net为外露机翼的平面面积，估算等于119.65m2；S gross为全部机翼平面面积，等于134.9 m2；算出E为因子等于1.244. 所以可以算出全机升力线斜率缶等于6.349 二.计算最大升力系数C Lmax C Lmax =14 1'0-064regs C L? ①regs为适航修正参数，按适航取证时参考的不同失速速度取值。由于设计的客机接近于A320,所以取①regs等于1 所以代入上面公式得到C Lmax等于1.662 三.计算增升装置对升力的影响前面选择了前缘开缝襟翼 c LE /c为前缘缝翼打开后机翼的弦长与原弦长的比例，它与机翼外露段的相对展长有一定对应关系。

70 20 30 40 SO 60 70 &0 100 Wing ￥Ngwl span 所以先计算机翼外露段的相对展长等于（1-机身宽/展长）% 机身宽为3.95m ，展长为34.86m, 代入公式，算出机翼外露段的相对展长等于88.67%，对应到上图，纵坐标 C 'LE lc 等于 1.088 。絲翌娄型克鲁格標資 0.3 前缘前缘缝翼 0.4 c 中缝 1.3 后缘 < 无面积延伸〉 L6 二缝 1.9 单繼 1.3 / e 后缘（何而积絃仲）蚁缝 1,6 c 三缝 1 9強々 1.0&

透平叶片的气动优化设计系统

第33卷　第1期2004年3月热力透平 THER M A L T UR BI NE Vol.33No.1 Mar.2004透平叶片的气动优化设计系统袁　新1,林智荣1,赖宇阳2,陈志鹏1 (1.清华大学热能工程系,北京100084;2.赛特达科技有限公司,北京100080) 摘　要:　发展了一个叶轮机械叶片全三维粘性杂交问题的气动优化设计系统。该系统包括分析技术与组合优化技术的耦合:前者基于高精度、鲁棒型的数值分析方法,已成功地用于蒸汽透平叶片的流动分析,并经详细考核已将其纳入到了实际的叶片气动设计体系;后者基于优秀的iSIGHT商用优化平台,通过对多种优化方法的集成从而发展了组合的叶片全三维气动优化策略。数值结果与试验数据的比较表明了这一气动优化设计系统真正纳入到工业设计体系是完全可能的。关键词:　蒸汽透平;CFD;气动优化设计中图分类号:T K263.3 文献标识码:A 文章编号:1672-5549(2004)01-0008-06 Aerodynamic Optimization System for Turbine Blade Design Y UA N Xi n1,L IN Zhi2rong1,L A I Y u2yang2,CHEN Zhi2peng1 (1.Department of Thermal Engineering,Tsinghua University,Beijing100084,China; 2.Sightna Corporation,Beijing100080,China) Abstract:　An aerodynamic optimization system for the hybrid three2dimensional blade design,coupled with com2 putational fluid dynamic analysis and integrated optimization algorithms,was developed in Tsinghua University.The higher2order accurate robust CFD method has been utilized for develo pment of steam turbine blade flow analysis,its dependability has been validated by comparing the numerical results with model turbine test data.The h ybrid three2 dimensional optimization method based on iSIGHT commercial software has been develo ped for turbine blade design. The overall technical integration is starting to be used for further design optimizations and efficiency enhancement of steam turbines. K ey w ords:　steam turbine;CFD;aerodynamic optimization design 1　三维粘性杂交问题的气动优化设计蒸汽轮机是现代发电行业的核心动力机械之一。蒸汽透平的效率越高,其气动损失水平就越低,对环境的污染也就越小。为了提高透平叶片的设计水平以便能最大限度地提高其热效率,我们必须深入全面准确地了解透平内部的全工况流动状态,尽可能采用高精度的计算流体力学(CFD)分析手段来发展蒸汽透平叶片的气动优化设计方法。近年来,清华大学与国内外蒸汽轮机制造厂家合作,在发展蒸汽透平通流部分设计方面开展了一些共同的研究,尤其在蒸汽透平叶片的流动分析与叶片气动优化设计技术方面开展了深入的研究工作。这主要源于两方面的原因:其一是我们在高精度的数值分析技术方面提出了独具特色的方法[1],不仅用于流动损失机理的研究,还将其作为一个强有力的分析工具纳入到了叶片气动优化设计体系;其二是我们将近年来发展起来的各种先进的优化技术与我们的分析技术耦合起来[2],由此生成了叶片三维粘性杂交问题气动优化平台。图1显示了叶片全三维粘性杂交问题气动优化平台的要素框图。对于二维叶型成型,采用了非均匀有理B样条(Non2Uniform Rational B2 Splines)技术(简称NU RBS技术)进行叶片的参收稿日期:2003-09-20 基金项目:国家重点基础研究发展规划(G1999022306)、国家自然科学基金(50076019)资助项目作者简介:袁新(1956-),男,工学博士,清华大学教授,博士生导师,主要从事叶轮机械气动热力学、计算流体力学与现代优化设计、燃气轮机与蒸汽轮机技术等研究;目前主持有国家自然科学基金、国家973、国家863、航空领域、国际合作等项目及课题。

优化设计的概念和原理

优化设计的概念和原理优化设计的概念和原则概念 1前言对于任何设计者来说，其目的都是为了制定最优的设计方案，使所设计的产品或工程设施具有最佳的性能和最低的材料消耗和制造成本，以获得最佳的经济效益和社会效益。因此，在实际设计中，科技人员往往会先提出几种不同的方案，并通过比较分析来选择最佳方案。然而，在现实中，由于资金限制，选定的候选方案的数量往往非常有限。因此，迫切需要一种科学有效的数学方法，于是“优化设计”理论应运而生。优化设计是在计算机广泛应用的基础上发展起来的新技术。这是一种现代设计方法，它根据优化原理和方法将各种因素结合起来，在计算机上以人机合作或“自动探索”的方式进行半自动或自动设计，以选择现有工程条件下的最佳设计方案。其设计原则是优化设计:设计手段是电子计算机和计算程序；设计方法是采用最优化数学方法。本文将简要介绍优化设计中常用的概念，如设计变量、目标函数、约束条件等。 2设计变量设计变量是独立参数，必须在设计过程的最终选择中确定它们是选择过程中的变量，但是一旦确定了变量，设计对象就完全确定了。优化设计是研究如何合理优化这些设计变量值的现代设计方法。

机械设计中常用的独立参数包括结构的整体构型尺寸、部件的几何尺寸和材料的机械物理性能等。在这些参数中，根据设计要求可以预先给出的不是设计变量，而是设计常数。最简单的设计变量是元件尺寸，例如杆元件的长度、横截面积、弯曲元件的惯性矩、板元件的厚度等。 3目标函数目标函数是设计中要达到的目标在优化设计中，所追求的设计目标(最优指标)可以用设计变量的函数来表示。这个过程被称为建立目标函数。一般目标函数表示为 f(x)=f(xl，xZ，？，x) 此功能代表设计的最重要特征，如设计组件的性能、质量或体积以及成本。最常见的情况是使用质量作为一个函数，因为质量的大小是最容易量化的价值度量。尽管费用具有更大的实际重要性，但通常需要有足够的数据来构成费用的目标函数。目标函数是设计变量的标量函数。优化设计的过程就是优化设计变量，使目标函数达到最优值或找到目标函数的最小值(或最大值)的过程。在实际工程设计过程中，经常会遇到多目标函数的某些目标之间存在矛盾，这就要求设计者正确处理各目标函数之间的关系目前，对这类多目标函数优化问题的研究还没有单目标函数的研究成熟。有时一个目标函数可以用来表示几个期望目标的加权和，多目标问题可以转化为单目标问题来求解。4约束设计变量是优化设计中的基本参数。目标函数取决于设计变量。在

巨型海洋平台的设计及优化设计

1前言随着中国经济的发展 ,特别是作为支柱产业的石油化工和汽车工业的快速发展 ,石油和天然气供应不足的矛盾日益突出。石油天然气资源是发展石油工业的前提条件和基础 ,探明储量是制定石油工业长期发展规划和建设项目的依据 ,剩余可采储量的多少决定了石油工业发展潜力所在。目前我国陆上石油后备资源严重不足 ,原油产量增长缓慢。由于长期的强化开采 ,大多数主力油田在基本稳定基础上陆续进入产量递减阶段 ,开采条件恶化 ,开发难度增大。鉴于陆上资源的日渐枯竭 ,资源开发向海洋、尤其是深海进军已成必然趋势。因此，如何控制海上石油平台的震动，保护平台的安全可靠成为一个亟待解决的问题。 1.1海洋平台简介在陆地上钻井时，钻机等都安装在地面上的底座上；在海上钻井时，不可能将钻井设备安放在海里，因此就需要一个安放钻井设备等的场所，这个场所就是海洋钻井平台。海上钻井平台分类[2]如下：按运移性分为：固定式钻井平台，移动式钻井平台。移动式钻井平台又分为坐底式钻井平台、自升式钻井平台、半潜式钻井平台、浮式钻井平台。按钻井方式分为：浮动式钻井平台和稳定式钻井平台。浮动式钻井平台分又为，半潜式钻井平台、浮式钻井船和张力腿式平台；稳定式钻井平台又分为，固定式钻井平台、自升式钻井平台和坐底式钻井平台。固定式海洋平台是从海底架起的一个高出水面的构筑物，上面铺设甲板作为平台，用以放置钻井机械设备，提供钻井作业场所及工作人员生活场所。海洋平台的安装包括：导管架的安装和工作平台的安装。其中导管架的安装方法有：提升法、滑入法和浮运法。工作平台的安装方法有：吊装和浮装。海洋平台的组成部分有：导管架和桩基、栈桥、上部模块、生活楼直升机甲板和火炬臂。

风力机组气动特性分析与载荷计算-1

目录 1前言错误!未定义书签。 2风轮气动载荷............................................... 错误!未定义书签。 2.1动量理论.................................................................................................. 错误!未定义书签。 2.1.1不考虑风轮后尾流旋转 .................................................................. 错误!未定义书签。 2.1.2考虑风轮后尾流旋转...................................................................... 错误!未定义书签。 2.2叶素理论.................................................................................................. 错误!未定义书签。 2.3动量──叶素理论.................................................................................. 错误!未定义书签。 2.4叶片梢部损失和根部损失修正 .............................................................. 错误!未定义书签。 2.5塔影效果.................................................................................................. 错误!未定义书签。 2.6偏斜气流修正.......................................................................................... 错误!未定义书签。 2.7风剪切...................................................................................................... 错误!未定义书签。3风轮气动载荷分析........................................... 错误!未定义书签。 3.1周期性气动负载...................................................................................... 错误!未定义书签。 4.1载荷情况DLC1.3..................................................................................... 错误!未定义书签。 4.2载荷情况DLC1. 5..................................................................................... 错误!未定义书签。 4.3载荷情况DLC1.6..................................................................................... 错误!未定义书签。 4.4载荷情况DLC1.7..................................................................................... 错误!未定义书签。 4.5载荷情况DLC1.8..................................................................................... 错误!未定义书签。 4.6载荷情况DLC6.1..................................................................................... 错误!未定义书签。风力发电机组气动特性分析与载荷计算 1前言风力发电机是靠风轮吸取风能的，将气流动能转为机械能，再转化为电能输送电网，风力机气动力学计算是风力机设计中的一项重要工作。特别是对于大、中型风机，其意义更为重大。风力机处于自然大气环境中，大气紊流、风剪切、风向的变化（侧偏风）和塔影效应等，这些现象使叶片受到非常复杂气动载荷的作用，对风力机的气动性能和结构疲劳寿命产生很大的影响。对一台大型风力发电机组来说，除风轮叶片产生机组的气动载荷外，机舱和支撑风轮和机舱的塔筒也产生气动载荷，这些都对机组的载荷产生影响。 2风轮气动载荷目前计算风力发电机的气动载荷有动量—叶素理论、CFD等方法。动量—叶素理论是将风轮叶片沿展向分成许多微段，称这些微段为叶素，在每个叶素上的流动相互之间没有干扰，叶素可以认为是二元翼型，在这些微段上运用动量理论求出作用在每个叶素上的力和力矩，然后沿叶片展向积分，进而求得作用在整个风轮上的力和力矩，算得旋翼的拉力和功率。动量—叶素理论形式比较简单，计算量小，便于工程应用，估算机组初始设计时整机的气动性能，被广泛用于风力机的设计和性能计算，而且还用来确定风力机的动态载荷，不断地被进一步改进和完善。CFD数值计算不需要对数学模型作近似处理，直接对流体运动进行数值模拟，从物理意义上说，数值求解N-S方程的CFD方法应该是最全面准确计算风力机气动特性的方法。但是，由于极大的计算工作量，数值计算的稳定性等原因，目前CFD求解N-S方程方法还远不能作为风力机气动设计和研究的日常工具。作为解决工程问题的工具还不太实际。为此在计算中应用动量—叶素理论方法来计算机组的气动载荷。 2.1 动量理论动量理论是经典的风力机空气动力学理论。风轮的作用是将风的动能转换成机械能，但是它究竟能够吸收多大的风的动能就是动量理论回答的问题。下面分不考虑风轮后尾流旋转和考虑风轮后尾流旋转两种情况应用动量理论。 2.1.1不考虑风轮后尾流旋转首先，假设一种简单的理想情况：

整车气动性能分析与优化

整车气动性能分析与优化周欣1，乔鑫2，孔繁华3，李飞4 （华晨汽车工程研究院，沈阳 110141）摘要：本文应用计算流体软件STAR-CCM+对某车型进行外流场的仿真计算，并以提高整车气动性能为目的进行了增加前唇扰流板，前后轮扰流板以及对后扰流板加长并调整角度的组合优化，有效的起到了减小风阻系数，提高冷却模块有效流量的作用。关键词：外流场；气动阻力；CFD；STAR-CCM+； Abstract: A CFD software STAR-CCM+ is used in this article to simulate the vehicle external flow of a certain vehicle type. In order to improve the aerodynamic performance of the whole vehicle, a front spoiler lip, spoiler lips of front and rear wheels are added, and the rear spoiler lip is lengthened which angle is also adjusted. Consequently, the drag coefficient is effectively reduced, and the effective flow of cooling module is increased. Keywords: V ehicle external flow; Aerodynamic drag; CFD; STAR-CCM+; 0前言汽车空气动力学对于整车的经济性、动力性、舒适性和行驶安全的研究具有特殊重要的意义，它是车辆工程领域一个非常重要的研究方向。随着计算机技术和流体力学数值计算理论的发展，计算流体力学（Computational Fluid Dynamics ,CFD）已成为了汽车空气动力学研究的重要手段。传统的汽车空气动力学研究依赖与汽车风洞试验，但是现在应用CFD空气动力学数值模拟技术，可以在计算机上完成汽车风洞试验，使得对汽车空气动力学开展全面系统的科学研究更简便而有效。[1] 在国家战略政策的引导下，汽车工业逐渐开始走向自主开发的道路。随着能源问题的日益突出，节能减排也成为汽车设计的主要目的。整车气动性能是汽车空气动力学的核心问题[2]，在造型阶段，气动性能主要关注车辆的阻力系数。当车速达到100km/h时发动机约80%的动力用来克服气动阻力，假如整车空气动力学性能提高10%，油耗就可降低4%~5%。本文利用计算流体力学软件STAR-CCM+对某车型进行了整车外流场的计算，通过对整车近壁面速度场以及各截面速度场分析，对该车前唇扰流板，前后轮扰流板，以及后扰流板的组合优化进行评价。 1建立计算模型 1.1物理模型流体流动要受物理守恒定律的支配，基本的守恒定律包括质量守恒定律、动量守恒定律、能量守恒定律。 (1)质量守恒方程（连续方程） d i v(1) (2)动量守恒方程（运动方程，Navier-Stokes方程）

压气机叶片多工况气动优化设计研究

第５２卷第１期２０１０年２月汽轮机技术ＴＵＲＢＩＮＥＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＶ０１．５２Ｎｏ．１Ｆｅｂ．２０１０压气机叶片多工况气动优化设计研究孙晓东１，韩万金２（１哈尔滨汽轮机厂有限责任公司，哈尔滨１５００４６；２哈尔滨工业大学，哈尔滨１５０００１）摘要：采用数值优化方法对跨声速压气机转子叶片进行了多工况气动优化设计，并对设计前后的几何形状、总体性能及流场的变化进行了详细的分析对比。结果表明，压气机转子前缘激波后掠可以有效地降低损失。优化后叶片的变工况性能非常好。各个工况点的质量流量基本不变，并且叶片稳定工作范围有所扩大。关键词：压气机；多工况；激波；质量流量分类号：Ｖ２３２文献标识码：Ａ文章编号：１００１－５８８４（２０１０）０１－００２４－０３ＴｈｅＳｔｕｄｙｏｎｔｈｅＭｕｌｔｉｐｌｅＬｏａｄｉｎｇＣｏｎｄｉｔｉｏｎｓＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎＤｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅＢｌａｄｅｏｆＴｒａｎｓｏｎｉｃＣｏｍｐｒｅｓｓｏｒＳＵＮＸｉａｏ．ｄｏｎ９１。ＨＡＮＷａｎ－ｊｉｎ２（１ＨａｒｂｉｎＴｕｒｂｉｎｅＣｏｍｐａｎｙＬｉｍｉｔｅｄ，Ｈａｒｂｉｎ１５００４６，Ｃｈｉｎａ；２ＨａｒｂｉｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｒｂｉｎ１５０００１，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＮｕｍｅｒｉｃａｌｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｄｅｓｉｇｎＷａｇｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｏｎｔｈｅｍｕｌｔｉ—ｏｂｊｅｃｔｉｖｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅｒｏｔｏｒｏｆｔｒａｎｓｏｎｉｃｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ．Ｔｈｅｃｈａｎｇｅｓｏｆｇｅｏｍｅｔｒｙ，ｏｖｅｒａｌｌｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｎｄｆｌｏｗｆｉｅｌｄｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄａｎｄｃｏｍｐａｒｅｄｉｎｄｅｔａｉｌ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅｌｅａｄｉｎｇｅｄｇｅｓｈｏｃｋｗａｖｅｓｗｅｅｐｂａｃｋｃｏｕｌｄｒｅｄｕｃｅｌｏｓｓｏｂｖｉｏｕｓｌｙ．Ａｆｔｅｒｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｔｈｅｖａｒｉａｂｌｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｉｓｇｏｏｄ．Ｍａｓｓｆｌｏｗｏｆｅａｃｈｃｏｎｄｉｔｉｏｎｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙｃｏｎｓｔａｎｔａｎｄｔｈｅｓｔａｂｌｅｏｐｅｒａｔｉｏｎｒａｎｇｅｏｆｂｌａｄｅｅｎｌａｒｇｅｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ；ｍｕｌｔｉｐｌｅｌｏａｄｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ；ｓｈｏｃｋｗａｖｅ；ｎｌａｓｓｆｌｏｗ０前言在叶轮机械的优化设计中有一个不得不考虑但却难于实现因而很少被考虑的问题，那就是多工况点的气动优化设计问题¨Ｊ。一台好的风扇／压气机必须具有良好的变工况性能，具有较高的喘振裕度。２ｏ。从单工况点优化结果来看，所优化叶片的变工况性能是不确定的，有可能改进也有可能降低，因此优化叶片在实际工程中的应用就受到一定程度的影响。这进一步说明多工况点同时优化是必要的也是必需的。目前，有关采用数值优化方法进行多工况点设计的公开发表的文献还不多见，因此本文以ＮＡＳＡＲｏｔｏｒ３７为例，尝试进行多工况点优化设计。１优化设计方案应面模型，以两个工况点的绝热效率最大为目标，同时对各自工况点的总压比与质量流量加以约束，变化范围不超过０．５％。１．２网格结构划分本文采用简单代数法生成常规Ｈ型网格。图ｌ给出了网格结构示意图。１．１优化方案在数学上来讲，多工况点的优化问题与多目标优化问题类似，分别在两个工况点进行响应面模型的建立，然后进行优化设计。本文选取ＮＡＳＡＲｏｔｏｒ３７动叶前缘积迭线为对象尝试进行多工况的气动优化设计。同时考虑尖峰效率点与图１ＮＡＳＡＲｏｔｏｒ３７计算网格示意图近失速点两个工况，设计变量与上文相同。采用ＩＨＳ方法生１．３边界条件成的样本分别在两个工况点进行流场计算，然后对两个工况对ＮＡＳＡＲｏｔｏｒ３７的数值模拟也是在设计转速下进行。点的质量流量、总压比、绝热效率分别进行回归分析，建立响边界条件的取法为：进口给定总压和总温，绝对速度方向为收稿日期：２００９—１０?１９作者简介：孙晓东（１９７３?）男，工程师，现主要从事叶轮机械设计营销工作。万方数据

大学英语网络平台教学资源的优化设计

大学英语网络平台教学资源的优化设计【摘要】网络平台的合理使用能够有效地辅助英语教学。为使英语网络平台的作用最优化，平台中教学资源的设置与安排必须在建构主义理论的指导下，以师生需求为导向，遵循实用性、趣味性、递进性、实效性等原则。【关键词】大学英语；网络教学平台；设计原则 0 引言教育部《大学英语课程教学要求》提出：“新的教学模式应以现代信息技术，特别是网络技术为支撑，使英语教学不受时间和地点的限制，朝着个性化学习、自主式学习方向发展”。为此，许多高校在深化大学英语教学改革的过程中开始了大学英语网络教学平台的建设。目前，网络平台的作用已得到了普遍的认可，但应用过程中出现的一些问题也越来越值得关注。可以说有关大学英语教学中网络平台的研究已经开始了由“为什么用”到“怎么用”的转向。网络平台的优势之一就是资源的丰富性。我们需要将这些丰富的资源进行优化，以充分发挥网络平台的作用，促进大学英语教学。本文从理论依据、需求导向和设计原则几个方面进行探讨，并提出合理建议。 1 理论依据建构主义为大学英语网络平台的设计提供了有力的理论支撑和指导。该理论认为，知识不是通过教师传播得到的，而是学习者在一定的情景即社会文化背景下，借助其他人，包括教师和学习伙伴，利用必要的学习资料，通过意义建构的方式而获得（钟志贤：2006）。目前大多数高校的大学英语的课时只为每周4-6学时，一周一次或隔周一次听说课。可见，学生通过课堂传授的方式学习大学英语的时间是有限的。因此，我们必须注重学生自主学习能力的培养，为他们搭建一个课外自主学习的平台，充分利用教学资源，加强与老师和同学的合作与互动，增强意义建构的能力。建构主义学习理论鼓励教师通过设计适合的教学资源和运用有效的认知工具，让学生可以进行有意义学习，培养学生主动参与和积极建构的学习方式。这种学习方式促使学生学习如何从经验中获取知识，要求学生主动探索新知识、自行管理学习行动以及自我建构知识，而教师的作用是促进、协助学生建构知识（柯清超，2006）。可见，建构主义指导下的大学英语教学更像是一场戏剧的演出。在这场演出中，学生是主角，老师是导演。导演为演员提供剧本，搭建舞台和提供道具等，而演员在导演的指导下充分发挥自己的表演才能，完成戏剧的演出。演出的成功需要导演和演员、演员和演员之间的配合和互动。导演虽然不是舞台的中心，但是演员潜力的发掘、能力的培养和任务的完成都离不开导演的设计、引导和监督。而一名成功的演员是能够参与剧本的创作，甚至是其他环节的设计的。大学英语教学也应该充分调动学生的参与性使他们真正成为知识的主动建构者。 2 需求导向正如上文所述，大学英语教学过程中教师和学生扮演着不同的角色。大学英语网络教学平台的设计应该充分考虑教师和学生的双重需求。就教师来讲，网络平台最基本的作用应该是有效地辅助课堂教学，帮助教师由于时间和空间、技术等因素无法完成的教学任务。

在汽车气动特性研究中的应用

万方数据

第３期薛劲橹，等：Ｆｌｕｅｎｔ在汽车气动特性研究中的应用３５添加轮子，并生成一个长１０ｍ、宽２ｍ、高３ｍ的流场区域，由于车体沿中纵剖面对称，故只对～半车体建模，以简化计算。可沿流场中纵剖面将计算区域分开，将中纵剖面设为对称面边界，在后处理过程中可观看完整流场。Ｇａｍｂｉｔ具有很强的非结构化网格生成功能，利用Ｇａｍｂｉｔ中的ｍｅｓｈ模块，对已经建立的汽车流场３Ｄ模型进行网格划分，如图３所示。图３划分网格汽车外流场的数值模拟是在有限区域内进行的，因此在计算区域边界上要设置合适的边界条件。具体设置如表２所示。表２区域边界设置２．４求解过程将Ｇａｍｂｉｔ生成的ｍｅｓｈ文件导人Ｆｌｕｅｎｔ进行求解运算。本研究设置汽车８０ｋｍ／ｈ的相对行驶速度，此时空气流场属于三维定常不可压黏性流动。使用非耦合隐式算法进行求解，离散格式使用二阶迎风格式，湍流模型使用ｋ－ｅ方程。分别用稳态和非稳态２种求解器进行计算，稳态计算速度较快，瞬态计算精度较高。２种计算方法结果对比如表３（以模型１为例）所示。表３计算方法对比根据文献［３］，小轿车的阻力系数范围是０．３５～０．５５，升力系数范围是０．１—０．２，说明本文所建模型以及计算结果均符合工程实际。通过表３可知：本文所述问题用稳态和瞬态２种求解器所得解基本一致，故在做类似简单计算时可选择稳态求解器，可以大大节省计算时间。图４为２种方法残差曲线，其中稳态计算迭代１５０步可收敛，而瞬态计算迭代１６００余步可收敛。樊蜷辐娶迭代次数（ａ）瞬态方法（ｂ）稳态方法图４计算结果对比２．５计算结果后处理利用Ｆｌｕｅｎｔ的后处理功能，可以绘制出车身表面的压力分布图以及外流场速度分布图，如图５—９（以模型１为例）所示。　万方数据

歼10气动布局特点及战斗性能分析

国产歼10双座型战斗教练机

静安定度的后尾式、无尾式和鸭式飞纵向配平方式的示意图文／傅前哨歼一10战斗机采用了鸭式气动布局，这在我国研制成功的战斗机中还是首次。在世界战斗机的大家庭中，有一些比较先进的战斗机也采用了类似的布局，如瑞典的Saab一37“雷”、JAS 39，法国的“幻影”ⅢNG、“幻影”4000、“阵风”，以色列的“幼狮”C2、“狮”，俄罗斯的米格1.44以及西欧四国合作研制的 EF2000“台风”等等。随着航空技术的深入发展，新型鸭式战斗机方案不断出现，并跻身先进战斗机的行列。那么，鸭式布局战斗机有些什么特点，其气动特性又如何呢? 高低速性能好采用后尾式和无尾式气动布局的普通高速飞机，由于种种原因，其低速性能往往不佳。而鸭式布局则可以满足战斗机对高、低速。性能的要求。因为这种布局能很好地兼顾高速飞机所需的细长体外形和飞机实现短距起落所需的高配平升力系数。这是因为：一方面，细长鸭式布局在由亚声速过渡到超声速时，其焦点移动而引起的安定度增量比后尾式要小，这对高速机动飞行是有利的。另一方面，在大迎角进场或飞行时，它又能产生比后尾式和无尾式飞机高得多的配平升力。这说明它亦适合低速飞行。配平升力高

图一是静安定度的后尾式、无尾式和鸭式飞机纵向配平方式的示意图。飞机在空中做定常水平飞行时，其重力与升力，推力和阻力是相等的，全机力矩也是平衡的。为获得配平力歼一10A用的鸭式布局方案虽然在中国早期歼一9概念中曾有过体现，但其中涉及的诸多技术问题是在歼一lO上获得了最终的完美解决刘应华摄矩，无尾式及后尾式飞机需要付出一定的升力代价。在飞行中，机翼的升力Y及全机零升力矩Mzo对飞机重心要产生一个低头力矩。为平衡这个力矩，无尾式飞机要上偏升降襟翼，后尾式飞机要上偏转升降舵，以便产生一个负升力去配平，致使全机升力下降。当然，小迎角飞行时平尾的负荷不大，它付出的升力代价也很小。但是当飞机以大迎角飞行，并采取增升措施时(例如放襟翼)形势就恶化了。因为增升时会带来很大的附加低头力矩。为配平这些附加力矩，平尾后缘必须上偏很大的角度，这将使增升效果显著降抵。倘若机翼采用高度增升的方法。有时连配平都很困难了，只好在平尾上采取高度增加负升力的措施。国外不乏这方面的例子。美国的F一4飞机由于在后缘襟翼上采取了附面层控制技术，使低头力矩增加很多，结果尾翼在配平时已接近失速，只好对平尾进行修改，使前缘上翘，将翼型变为反弯度的。而日本的PS一1水上飞机则是在尾翼下表面吹气以增加负升力。后尾式布局尚且如此，无尾式飞机配平高升力就更困难了。相比之下，鸭式布局比后尾式及无尾式布局优越之处在于：其抬头俯仰力矩可由飞机重心前的正升力面(鸭翼)提供。这真是一举两得：既提供了配平力矩，又增加了升力。那么为什么以前人们很少采用鸭式布局呢?这是因为常规的鸭式飞机有三大缺点：(1)前翼对主翼存在着强烈的下洗，使主翼升力降低。尽管前翼的升力是正的，弥补了部分升力损失，但配平时的总升力不见得比后尾式高很

翼型多目标气动优化设计方法

翼型多目标气动优化设计方法王一伟钟星立杜特专（北京大学力学与工程科学系，北京 100871）摘要本文将数值优化软件modeFRONTIER同计算流体力学（CFD）软件相结合，对NACA0012翼型的气动性能进行优化。计算采用N-S方程作为主控方程以计算翼型气动性能，分别采用多目标遗传算法（MOGA）和多目标模拟退火算法（MOSA）作为翼型的气动性能优化算法。计算结果表明，优化后的翼型相对于优化前的翼型的气动性能有很大提高（升阻比增幅可达182％）。关键字气动优化设计多目标NS方程遗传算法模拟退火算法 Abstract: The combination of the optimization software, modeFRONTIER, and the commercial CFD software is used to optimize the aerodynamic functions of the airfoil, NACA0012.The NS equations are adopted for calculating the airfoil aerodynamic properties (Cl, Cd and etc). Two kinds of optimization algorithm, the Multi-Object Genetic Algorithm(MOGA) and the Multi-Object Simulated Annealing(MOSA), are used in the optimization process respectively. The optimized airfoils show remarkable improvement of its aerodynamic functions (The ratio of lift to drag increases up to 282%) relative to its original one. Key words Aerodynamic Optimization Design, NS Equation, Genetic Algorithm, Simulated Annealing 一、研究背景翼型的气动力设计是现代飞机设计的核心技术。对于某种原始翼型，使用者往往要求改善其气动力参数（升阻力系数，升阻比等）以提高飞机性能。从已有的大多数算例来看，设计中有两个比较关键的因素[8]：一，优化算法的选择对最终优化结果具有决定性影响。数值优化方法（Numerical Optimization Method）是与反设计法[9]、余量修正法以及基于现代控制理论方法的气动设计法等方法相并列的一种优化算法。该方法大致可以分为两类[2，6]。第一类是采用一种先后顺序搜索的方式的确定性算法，优点是在少参量时优化搜索速度快，可获得高精度的解，缺点是容易陷入局部最优，计算次数随参量增多而迅速增加。另一类是基于全局搜索的随机性算法。该方法不受搜索空间的限制，不要求诸如连续性、单峰性等假设，比较容易达到全局最优解，但是搜索所耗费的时间相对较长[7]。二，数值计算的精确性是能够得到准确优化结果的前提条件。数值模拟在工业技术、国防军事以及科学研究中，已经成为一种重要手段。相对于传统的实验方法，数值计算具有很多优点，如节省费用，分析速度快，能给出详细完整的资料，可以不受物理条件限制来模拟真实条件等。目前计算流体力学（CFD）在空气动力学方面起到了越来越重要的作用。CFD可以准确的计算出不同攻角和马赫