基于离散伴随方法的翼型定常/非定常气动优化设计

为了有效提升翼型的气动性能,本文发展了一种基于离散伴随方法的翼型定常/非定常气动优化设计方法。应用该方法,对给定目标压力下的翼型反设计问题和振荡翼型的时平均阻力优化问题进行了研究,所得结果表明：反设计得到的翼型几何外形与目标翼型高度一致;振荡翼型的阻力优化计算经过12次迭代后,时平均阻力降低了约40%。     

基于Isight平台的多目标翼型优化设计

以Isight为集成平台,将遗传算法与CFD计算结合在一起,引入到翼型气动优化设计中.该优化设计方法不仅注重提高升阻比,而且在升力系数达到设计要求的条件下尽可能地减小阻力系数,以及防止绕前缘点力矩系数的剧烈变化.同时考虑到负迎角时的升力系数,可以说是真正的多目标气动优化.计算结果表明,这种优化方法是可行的.     

基于Isight的自适应翼型前缘气动优化设计

为了兼顾翼型在各个飞行状态下的气动效率,基于Isight优化设计平台对自适应翼型前缘进行了气动优化设计研究.首先对Hicks-Henne型函数进行了改进,实现了翼型前缘的参数化描述;然后采用拉丁超立方实验设计方法生成样本点,并运用CFD软件进行翼型流场的气动计算,进而利用该样本数据完成对RBF神经网络的训练;最后对神经网络近似模型应用多岛遗传算法进行优化.以NACA 0006翼型为例,采用上述组合优化策略以升阻比为目标函数进行优化设计.仿真结果表明:改进后的Hicks-Henne型函数较好地描述了翼型前缘;组合优化方法显著提高了翼型气动优化效率.     

基于熵产理论的叶栅型线优化设计

将熵产理论引入二维叶栅的优化设计中,提出了一种能够准确量化在任何位置的流场不可逆损失的分析方法.基于热力学第二定律,理论推导了湍流下的流场熵产计算公式,采用涡黏性模型对叶栅流场熵产进行计算,详细讨论了安装角、叶栅稠度、叶型厚度对叶栅性能及流动损失的影响规律.通过B样条曲线完成叶栅参数化建模,并将改进的带精英策略的非支配排序的遗传算法(NSGA2)与计算流体力学(CFD)相耦合,建立一种以最大总压升和最小熵产率为目标的叶栅自动优化方法,进而得到优化叶栅的Pareto解.与初始种群相比,优化叶栅具有更优的气动性能,在总压提高的条件下,流场熵产率减少.     

基于多岛遗传算法的垂直轴风机翼型优化设计

为了解决垂直轴风力机的风能利用率在实际应用中低于水平轴风力机的问题,通过以多岛遗传算法为核心与翼型参数化、ICEM网格生成以及计算流体动力学(computational fluid dynamics, CFD)流场计算相结合,并以翼型的升阻比为优化目标,建立优化模型,进而开发自动优化评估流程,完成翼型的优化设计与气动性能分析。结果表明：相比初始翼型,优化翼型是非对称翼型,其最大相对厚度降低1%,升阻比提高17.78%,升力系数提高16.7%,为0.11c(c为翼型的弦长);其最大相对厚度对应在弦上的位置向翼型的前缘移动了0.036c。且翼型弯度明显增加,中弧线偏移量最大值为0.017 4c。优化翼型的前缘半径变化不大,但翼型尾缘夹角明显变小,翼型上翼面轮廓线相对平缓。     

基于改进莱维飞行的狼群算法及其在翼型气动优化设计中的应用

智能种群算法在翼型气动优化领域获得越来越多的关注。提出了一种基于改进莱维飞行的狼群算法,并对其寻优性能进行了测试和验证。为平衡算法的局部搜索和全局搜索能力,将局部搜索性能强但易早熟的狼群算法与莱维飞行相结合,在增加收敛速度的同时,保证算法的全局搜索能力。为克服原始莱维飞行效率低、精度差的缺陷,引入高斯核函数自适应调节莱维飞行的搜索步长,以增加其搜索效率;引入四元法,以增加其搜索精度;通过标准测试函数和标准翼型气动优化设计算例验证,表明改进算法在优化效率和全局寻优能力方面均优于原始算法。     

等离子体气动激励减小翼型跨音速阻力的数值模拟

等离子体气动激励能够显著提升飞行器／动力装置的气动性能。本文进行了等离子体气动激励减小RAE2822翼型跨音速阻力的数值模拟。将电弧放电等离子体激励简化为对流场的热能注入,建立了基于唯象学的数值计算模型,以实验测试结果作为输入条件,将热能以源项的形式加入N-S方程求解,研究了不同来流速度、激励强度以及激励位置下等离子体气动激励对翼型阻力特性的影响。仿真结果表明:等离子体气动激励可以有效减小RAE2822翼型跨音速阻力,来流速度与等离子体气动激励减阻效果有较大关系,当[WTBX]Ma=0.81时,减阻达到13.58％;激励强度对减阻效果影响较小,当W[WTBZ]=3 000 K时,减阻达到11.77％;增大激励位置,减阻效果增大,但幅度变小,当[WTBX]D[WTBZ]=20 mm时,减阻达到13.17％。     

基于伴随方法的动态非定常气动外形优化设计

为实现动态非定常条件下的气动外形优化设计,基于非定常形式的欧拉方程及伴随方程,建立了一套完整的针对非定常动态问题的气动外形优化设计方法,并采用所建立的方法,对俯仰振荡的NACA0012翼型在跨声速(Ma=0.8)及限制条件下进行了翼型时均减阻外形优化. 对优化设计的结果进行了分析. 研究结果表明:该动态非定常气动外形优化设计方法具有较高的可靠性和实用性.      

多参数变弯度翼型气动优化设计方法

为了获得机翼最优的气动外形,提出了一种多偏转参数与非均匀B样条结合的翼型前后缘连续偏转变形规律。以NACA3412翼型为研究实例,对翼型曲线进行参数化重构。以翼型前、后缘偏转位置和偏转角度为变化参数,模拟分析了不同变形状态对翼型气动特性的影响规律。以翼型升力系数和升阻比为优化目标,以前、后缘的偏转角度、偏转位置以及过渡段长度等六个偏转参数为设计变量,采用多目标遗传算法和ANSYS软件进行优化设计。结果表明,与基础翼型相比,优化后的变弯度翼型的升阻比提升约19.26%,升力提升约44.43%,明显改善了翼型的气动性能。     

叶型气动设计的杂交型方法计算软件

将建立在气体动力学变分原理基础上的叶栅气动正问题与杂交问题有限元计算程序加以组合，构成一种具有特色的叶片型线气动设计软件，使叶栅的气动计算、叶型的设计修改以及两者的相互校核可以方便进行．采用Visual Basic和Visual Fortran混合语言编写界面操作程序，并与图像显示软件相结合，提高了设计计算过程的直观性与可操作性．     

FFD方法在气动优化设计中的应用

本文将基于弹性体变形思想的FFD(Free Form Deformation,自由变形)方法引入飞机气动外形优化设计中,为气动优化设计提供了一种快速、有效的参数化方法和自动网格生成方法.对FFD方法的原理进行分析,归纳了FFD方法的特点;将FFD方法应用于几何外形参数化和空间网格自动生成中,建立了基于FFD方法和遗传算法的翼型优化设计系统以及基于FFD方法、遗传算法和Kriging代理模型的翼根整流包优化设计系统;分别对NACA0012翼型和DLRF4翼身组合体翼根整流包进行减阻优化设计,优化结果得到了显著的减阻成效,证明了FFD方法在气动优化设计中有很好的应用效果.     

二维机翼非定常气动反命题的欧拉解法

提出在映象坐标下求解二维非定常欧拉方程获取二维振荡机翼的气动反命题解,给出了非定常气动反问题的边界条件和求解方法．该方法克服了以往基于势函数方程解反命题的局限,统一了亚音、跨音与超音流反问题的解法,并避免了非定常尾涡面的直接求解与反问题未知边界的不确定性．     

Entransy dissipation minimization for optimization of heat exchanger design

In this paper,by taking the water-water balanced counterflow heat exchanger as an example,the entransy dissipation theory is applied to optimizing the design of heat exchangers.Under certain conditions,the optimal duct aspect ratio is determined analytically.When the heat transfer area or the duct volume is fixed,analytical expressions of the optimal mass velocity and the minimal entransy dissipation rate are obtained.These results show that to reduce the irreversible dissipation in heat exchangers,the heat exchange area should be enlarged as much as possible,while the mass velocity should be reduced as low as possible.     

轿车开窗行驶时的气动阻力分析

基于计算流体力学(CFD)的数值模拟方法,研究了轿车行驶时不同开窗情况下整车的气动阻力.根据轿车不同的车窗开窗情况,将汽车开窗行驶分成9种情况进行数值模拟,获得了整车的气动阻力系数以及室内流场分布情况.通过流场的显示分析推测气动阻力增加的原因,评价了不同开窗情况下汽车驾驶室内的通风效果.根据汽车理论,分析了开窗行驶对汽车燃油消耗的影响,给出了汽车开窗行驶的建议.研究结果表明:低速(低于90 km/h)行驶时,开窗行驶增加的燃油消耗低于开空调增加的燃油消耗;汽车低速行驶开窗能够对驾驶室进行很好的通风降温,不会大幅提高燃油消耗.车速高于90 km/h时,汽车气动阻力明显增大,功率消耗也快速增加,高速行驶打开车窗,室内的噪声会突然增大.     

Entropy generation extremum and entransy dissipation extremum for heat exchanger optimization

The applicability of the extremum principles of entropy generation and entransy dissipation is studied for heat exchanger optimization. The extremum principle of entransy dissipation gives better optimization results when heat exchanger is only for the purpose of heating and cooling, while the extremum principle of entropy generation is better for the heat exchanger optimization when it works in the Brayton cycle. The two optimization principles are approximately equivalent when the temperature drops of the streams in a heat exchanger are small. Supported by Major State Basic Research Development Program of China (Grant No. 2007CB206901)     

前缘辅助小翼对风力机翼型气动性能的影响

基于SST k-ω模型,分析了前缘添加辅助小翼后,在2°～22°攻角下对主翼S809翼型的气动特性的影响.结果表明,在小攻角2°～6°下,主翼的升力减小,阻力增加,但当攻角达到8°时,前缘辅助小翼使得主翼升力增加,阻力减小,升阻比增大.通过分析主翼在10°、14°、18°和22°大攻角下的流动分离规律和增升机理,表明前...     

用于逆向计划设计的整合优化方法

针对调强放射治疗逆向计划设计中两步法优化算法在临床需求和硬件需求之间不能很好协调的问题,提出了一种新的整合优化方法.在强度图优化中,将传统的在目标函数添加平滑项改为在约束中添加总机器跳数约束项;另外在两个优化过程中加入反馈过程,依次求取各射野的子野序列.与目前已有的基于全变差平滑的算法在临床测试病例上进行了对比实验,结果表明,当总机器跳数和总子野个数分别为50和30时,新方法的目标值(43.195 2)远低于基于全变差平滑算法的目标值(72.154 7).     

海上湿空气翼型气动性能分析

为显示湿空气条件下的翼型特性及提供可选择的求解方法,采用计算流体力学方法研究湿空气条件下翼型周围流场及气动特性。将湿空气看作干空气和小液滴的混合气体,使用两相离散模型求解Re=2×106和Re=3×106下不可压缩空气流场翼型特性。对比了两种攻角下不同湿度空气和干空气的升阻力系数,结果显示湿空气对翼型气动性能有影响。湿空气升力系数较干空气要小,阻力系数较干空气大。升力系数随湿度增大减小,阻力系数随湿度增大而增大。通过流场及边界层流动分析发现,湿气促使流动提前分离。     

基于涡面元法的风力机叶片翼型优化设计

 针对风力机翼型反设计问题,通过求解由涡量表达的面元流函数方程,直接得到面元节点速度;通过计算沿流线的伯努利方程获得面元的压力系数,进而求得升力系数和力矩系数。应用所述涡面元法以NACA2412 为初始翼型,以NACA4412 压力系数为目标值,获得满足目标压力系数的新翼型。根据新翼型对一小型风力机进行优化设计。计算表明基于涡面元法的翼型反设计有较高精度,较广适应性。通过凸函数表达翼型几何参数,能满足不同初始翼型的优化设计及风力机叶片的设计要求。