NUMECA-一级半压气机优化教程

软件一级半压气机优化教程NUMECAFINETM/Design3D35_1尤迈克北京（流体）工程技术有限公司NUMECA-BeijingFluidEngineeringCo.,LTD.尤迈克（北京）流体工程技术有限公司2目录1、叶片拟合（AutoBlade_Fitting）1.1、导入几何1.2、参数化1.3、拟合2、压气机流场分析（AutoBlade_CFD_Screening）2.1、给出网格模板2.2、给定边界条件2.3、流场分析3、数据库样本生成（Database_Generation）3.1、自由参数设定3.2、样本生成4、样本优化（Optimization）4.1、目标函数4.2、优化尤迈克（北京）流体工程技术有限公司3叶片拟合AutoBlade_Fitting尤迈克（北京）流体工程技术有限公司4叶片拟合-导入几何（1/4）1、打开Fine（开始-程序-NumecaSoft-Fine），切换到Design3D界面2、新建优化项目（File-New），Axial-Design.iec3、建立拟合项，Fitting尤迈克（北京）流体工程技术有限公司5拟合的目标为geomturbo格式，可以为AG5的格式，也可为AG4格式。其中不能使用外部文件，也不能为LinkCAD格式调入的几何。截面必须为sectional形式。最方便的方式是利用loft形式的几何面在AutoGrid4中指定，然后存储网格模板即可产生*.geomturbo文件。指定目标文件之后，Design3D会自动复制该文件至目前工程目录。叶片拟合-导入几何（1/4）尤迈克（北京）流体工程技术有限公司6根据拟合目标的形式（结构）来选择合适的初始模板，可以让Design3D自动切换出适合于对应目标的拟合和表述方式，例如构造面的选择、叶片形式的选择等等。如选择错误的模板，则可能使得拟合速度变慢甚至无法拟合。1234叶片拟合-参数化（1/4）尤迈克（北京）流体工程技术有限公司7叶片拟合-参数化（1/4）端壁线控制点数根据其型线复杂程度而定，此时Hub取20个，Shroud取2个流面选择锥形尤迈克（北京）流体工程技术有限公司8积叠规律：选择前缘积叠以HUB为基准简单贝塞尔曲线弯掠周向选取简单贝塞尔曲线变化叶片拟合-参数化（1/4）尤迈克（北京）流体工程技术有限公司9选择合适的叶片表述方式将直接决定最终的拟合结果。例如，如果原始叶片采用周向弯曲，而在拟合时选择的”TangentialLocation”中的规律为Line型，则最终必定无法实现三维叶片的正确拟合；再例如，构造叶片中弧线的点数太少，则拟合的结果很难达到好的效果，此时，适当增多中弧线的控制点数，可以使叶片形状能更自由的变化，从而拟合也可以达到较好的结果。但这并不意味着一定要选择非常多的控制点，因为如果这些参数再优化过程中要作为自由参数，则会导致自由参数数目的显著增加，从而需要花费更多的时间来生成数据库样本。叶片拟合-参数化（1/4）尤迈克（北京）流体工程技术有限公司10返回Fitting界面，点击“LaunchAutobladeinitializationProcess”，F3D自动启动初始化拟合过程，并会有进度提示。如拟合成功，则F3D没有额外提示，如失败，则会提示失败信息。在Solution页面下可以查看初始化拟合的结果。叶片拟合-拟合（1/4）尤迈克（北京）流体工程技术有限公司114、初始化拟合是为正式拟合提供一合适的参数变化范围，它可以最大程度的缩减拟合所需要的时间。只有初始化拟合的结果遵循了Design3D的要求，正式拟合才会得到与目标几何相似的结果。5、查看初始化拟合结果一般查看几个重要的特征：1.流道形状与前后缘线的形状；2.B2B截面叶片形状。前者通过Meridional_Graph+ENDWALLS_AND_EDGE_TRACES来查看；后者可通过DMR_THETA_SECTION_GRAPH+SECTION_X_SPAN_X来查看。查看初始化拟合的结果，可以帮助使用者判断所选定的叶片表述方式以及模板是否合理，并可以判断目标几何中可能存在的问题。一个最常见的问题便是目标几何的压力面和吸力面相对位置不满足Design3D的要求，导致初始化拟合失败（在有些情况下甚至不提示失败，但正式拟合的结果比初始化拟合结果更差，此时也是由同样的原因引起）F3D要求目标几何geomturbo文件中的吸力面位于压力面上侧，在左图中可以用鼠标中键点击Target_SS以及Parametric_SS，查看其相对应PS面的位置。如果出现SS面的整条线或者部分线段在PS线下，则说明所指定的目标文件需要修改。此时，使用者需要在目标文件(geomturbo)的最后添加”EXCHANGE_BLADE_SIDES”语句，或者直接将文件中的suction关键词更改为pressure,而pressure关键词则替换为suction。之后，需要重新指定拟合目标文件，并重新进行初始化拟合，直至没有问题为止。叶片拟合-拟合（1/4）尤迈克（北京）流体工程技术有限公司1216、选择合适的拟合对象以及拟合精度进行正式拟合。7、在绝大多数情况下，不需要更改拟合的参数，用户仅仅需要使用”Coarse-FINE”的选项进行拟合即可，不建议使用UserDefine模式。8、拟合对象用户可以选择性拟合。总的拟合次数＝取决于选择拟合对象的个数叶片拟合-拟合（1/4）尤迈克（北京）流体工程技术有限公司13进行正式拟合之后，经常会出现拟合后的与原始叶型仍然存在一定的差别，此时用户可以在目前拟合的基础之上进行二次拟合。只需“Import”对应工程目录下的_fit目录中的.par文件，点击”LaunchingFittingProcess”即可。切勿再次点击”LaunchingAutoBladeInitializationProcess”，否则前功尽弃。如果用户在进行正式拟合之后，对叶片的构造方式、构造点数都进行了重新设定，并且发现叶片有明显的改变，则建议重新执行初始化拟合，然后在进行正式拟合。拟合是用很少的控制参数来逼近非常多的离散点所表述的线己面的过程。因此，拟合的结果可能和目标叶型非常的接近，但不可能达到与原始叶型完全相同的效果。因此拟合的结果好坏完全凭个人判断。此外，拟合的目的多为优化做准备，优化过程中，自由参数会控制叶型的自动变化，此变化比拟合后的叶型与原始叶型的差别要大的多。因此，要以客观、合理的观点去评测拟合结果。叶片拟合-拟合（1/4）尤迈克（北京）流体工程技术有限公司14流场分析AutoBlade_CFD_Screening尤迈克（北京）流体工程技术有限公司15在三维叶轮造型(AutoBlade)完成或者三维叶轮拟合(AutoBlade_Fitting)之后，对应着某一个特定的三维叶轮形状。为了对该叶轮进行三维流场的分析，则需要包含网格生成、计算、后处理三个过程。这三个过程，分别要使用AutoGridTM、FINETM/Turbo、CFViewTM模块。通过CFD_Screening，可自动实现这些模块的调用，其间使用了宏技术和批处理技术。.parParametricblademodeler(AutoBladeorAutoBlade_fintting)Automaticgridgenerator(AutoGrid)Flowsolver(EURANUS)Graphicspostprocessor(CFView)BCs流场分析-给出网格模板（2/4）尤迈克（北京）流体工程技术有限公司161、在拟合任务的基础上，新建一个任务，命名为SCR，在RunMode下选择AutoBlade_CFD_SCREENING。2、通过界面上方快捷按钮中的输入.par文件流场分析-给出网格模板（2/4）尤迈克（北京）流体工程技术有限公司173、打开AutoBlade视图，查看该参数化叶型。对于一个实际叶轮（闭式轮，半开式轮），其叶轮通常在上下端壁之间。而在CFD计算生成网格时，需要保证叶片和端壁相交。因此，需要对原有的叶型进行叶片延伸。AutoBlade可以在原有叶型上添加虚控制面，来实现叶片的延伸以及叶片各实截面间的光滑过渡。如果原始叶轮能够满足叶片和端壁相交的要求，则该步骤可以略过。123流场分析-给出网格模板（2/4）尤迈克（北京）流体工程技术有限公司18F3D提供了四种分析模式，即•Blade2BladeWizard用于B-2-B分析，可以进行准三维流动分析•3DWizard用于全三维分析，并使用F3D中内置的向导功能，指定网格、给定边界条件等•3DAssociatedComputation用于全三维分析，但需要在指定预置的网格生成模板，在FINE/TURBO界面中完成边界定义，初场设定等。•Multimesh由于3DWizard无法交互式控制网格，生成的网格质量不能保证，且定义转动壁面时不能按区域给定，因此一般不常用。本教程基于最常用的3DAssociatedComputation进行讲解。4、选择3DAssociatedComputation。SCREENING子任务选择：对应一个完整的CFD分析，需要将4项全部勾选。在某些特殊要求时，可根据需要进行选择，例如可仅进行叶型的生成、网格的生成等。但必须遵循原则：当上层任务（图示箭头顺序）没选择时，下层任务将无法执行。流场分析-给出网格模板（2/4）尤迈克（北京）流体工程技术有限公司195、指定AutoGrid网格模板，只是被优化的叶片排的网格模板模板通过AutoGrid来生成得到。模板的几何可以和当前使用的几何不同，但是必须相似，以保证使用该模板时能正常的生成网格。一般建议的做法是针对当前所使用的叶型数据,通过AutoGrid手工生成模板文件6、激活Multistage选项，通过ImportanIGGscript指定制作级网格的脚本文件multistage.py。选择被优化的叶片排，使其处于高亮状态流场分析-给出网格模板（2/4）尤迈克（北京）流体工程技术有限公司207、选择Incompressible，Compressor，Rotor。8、ModulesFineTurbo返回Fine界面，在网格目录栏中指定一个具有相同拓扑结构的网格，进行计算条件设定。对于多级结构，此时指定的网格是整级的网格。3Dassociatedcomputation分析模式需要借助Fine界面进行计算设定。Fine中指定的网格不需要是Screening中所使用的网格，仅用于定义边界条件，但所使用的网格必须与Design3D中所使用的模版对应的最终网格具有完全相同的拓扑结构（包括网格BLOCK数、网格数目以及分布等）。设定方法和分析模块中一样，此处不再祥述（在FINE/TURBO中的设定参数请详见NUMECA软件教程之五：MultistageAxialCompressor”。9、设定完成后，通过Mod