高效低噪声离心通风机气动优化设计研究

• 作 者: 俱利锋
• 出 处: 西北工业大学
• 发表日期: 2002年期
• 关键词: 离心风机 优化设计 效率 多目标优化 相似设计 噪音

设计风机时，除了必须满足用户要求的结构、性能参数外，总希望所设计的风机效率尽可能高、噪音尽可能低，或者两者都要求达到最佳。这就是风机的单目标优化和多目标优化设计的问题。在本文工作过程中，考虑到传统设计方法工作量大、目标不明确等缺点，没有采用传统设计方法，而是采用风机的优化设计方法。 本文的优化设计工作由两部分组成——数学优化方法和试验优化方法。在数学优化中，由于风机的效率和噪音受风机的叶轮直径、叶轮入口平均直径、叶片进口安装角、叶片出口安装角、蜗壳宽度、蜗壳出口长度、叶片数及流量的影响，即风机的效率和噪音可表示成这八个参数的函数，所以在数学优化设计中选取以上八个参数作为离心风机优化设计的设计变量。同时经过大量的工作，发现该优化问题的约束条件由15个不等式约束和1个等式约束组成。 根据对风机效率和噪音优化所建立起来的数学模型的分析，本文采用不用梯度的无约束最优化方法Powell法与惩罚函数法相结合的方法对上述数学模型进行优化。为了提高计算效率，多目标优化采用“评价函数法”中的理想点法。 在试验优化中，主要对影响效率和噪音的非主要因素(如：蜗舌半径、蜗舌与叶轮间隙和蜗舌倾斜程度等)来进行优化。由于本文的试验是一个三因素、水平数大于五的试验问题，所以本试验的设计采用了一种新兴的、有效的试验设计方法——均匀设计方法。 本文通过数学优化和试验优化相结合的方法，并对实例经过大量的数学计算、试验及回归计算等得到了一种新型离心式通风机，该通风机比它的原型机(4-72No.4A)效率提高了6.44％，比A声级噪音降低了4.78dB。