CN107729699B - 一种基于matlab的增压器涡轮叶轮设计优化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于增压器涡轮叶轮的设计优化方法技术领域，具体涉及一种基于MATLAB的增压器涡轮叶轮设计优化方法，包括以下具体步骤：将预先确定的增压器涡轮叶轮的一维设计参数和三维叶轮多目标控制范围批量化设计数据参数输入到Excel表格；涡轮子午面一维设计参数读取模块，MATLAB读取预先编辑好的涡轮叶轮一维Excel表格数据，将读取的Excel表格数据内容导入到MATLAB的工作空间中，同时MATLAB显示数据内容；通过储存在Excel表格中涡轮叶形数据，通过CFD软件仿真涡轮流场计算结果，返回Excel表格进行数据比较统计分析，最终获得多方案的最优化方案。

Description

一种基于MATLAB的增压器涡轮叶轮设计优化方法
技术领域
本发明属于增压器涡轮叶轮的设计优化方法技术领域，具体涉及一种基于MATLAB的增压器涡轮叶轮设计优化方法。
背景技术
传统发动机是靠燃料在汽缸内燃烧作功来产生功率的，由于输入的燃料量受到吸入汽缸内空气量的限制，因此发动机所产生的功率也会受到限制，再增加输出功率只能通过压缩更多的空气进入汽缸来增加燃料量，从而提高燃烧作功能力。涡轮增压器是就是一种可以使发动机在工作效率不变的情况下增加输出功率的机械装置，同时有效降低发动机燃油消耗率。
近些年发动机增压技术得到了快速发展，增压技术在降低排放、提升功率、高原性能恢复等方面发挥着重要的作用。
涡轮叶轮作为涡轮增压器的核心部件，其中涡轮叶轮叶形气动设计是涡轮设计的关键所在，叶形设计参数众多，参数组合情况复杂，传统设计方法多根据经验方法进行单方案设计，该方法计算速度慢、效率低，且不能同时进行多目标参数全局优化。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种效率高，且能进行多目标方案涡轮叶轮参数设计，同时进行多目标优化的基于MATLAB的增压器涡轮叶轮的设计优化方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：
一种基于MATLAB的增压器涡轮叶轮设计优化方法，包括以下步骤：
S1、将预先确定的增压器涡轮叶轮的一维设计参数和三维叶轮多目标控制范围批量化设计数据参数输入到Excel表格；
S2、涡轮子午面一维设计参数读取模块读取预先编辑好的涡轮叶轮一维Excel表格数据，将读取的Excel表格数据内容导入到MATLAB的工作空间中，同时MATLAB显示数据内容；
S3、三维叶形设计模块读取Excel表格中三维涡轮多目标批量化设计数据参数，MATLAB按照三维涡轮多目标批量化设计范围数据参数，对工作空间的一维叶形数据进行涡轮流线数据计算，MATLAB对数据计算结果以图形方式展示；
S4、多目标批量化计算结果输出和数据保存模块将MATLAB计算的叶轮设计方案数据结果，以叶片流面数据文件格式，存储在Excel表格文件中；
S5、利用存储在Excel表格文件中的涡轮叶形设计数据，直接用于绘图软件直接建模。
还包括编制涡轮叶轮三维叶形生成计算算法，S3中涡轮流线数据计算按照该计算算法进行计算。
S2中MATLAB对所读取的Excel表格数据进行完整性检查。
还包括可视化界面模块，且在可视化界面模块中预先编辑增压器涡轮一维设计参数对话框、涡轮三维设计输入参数对话框和涡轮叶形设计结果参数对话框。
S2中的涡轮子午面一维设计参数读取模块可将所读取的Excel表格内容与可视化界面模块中相应对话框的数据排列一一对应的方式赋值给涡轮一维设计模块参数对话框；S4中的多目标批量化计算结果输出和数据保存模块将MATLAB计算的叶轮设计方案数据结果，以叶片流面数据文件格式，存储在Excel表格文件中，同时在可视化界面模块中以图形界面显示。
将多目标计算结果存储在Excel表格文件中的涡轮叶形设计数据，用于CAD软件直接建模和CFD流场建模仿真，利用在目标范围内的批量叶轮参数化数据进行的CFD仿真计算结果，返回Excel表格进行大数据比较统计分析，最终获得多方案的最优化方案。
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：
本方法预先将涡轮叶轮一维设计参数及涡轮三维设计参数输入到指定的Excel表格文件中，且通过调用MATLAB函数实现涡轮叶轮叶形设计优化程序的后台运行，完成涡轮计算过程中大量的数学计算难题，通过利用Excel表格的便捷性，完成批量多目标参数的涡轮叶轮设计，提高了叶轮叶形设计效率，且整个计算过程中，计算参数及计算结果参数通过可视化界面模块的对话框展示给用户，简洁明了；通过储存在Excel表格中涡轮叶形数据，通过CFD软件仿真涡轮流场计算结果，返回Excel表格进行数据比较统计分析，最终获得多方案的最优化方案。
附图说明
图1为本发明的流程示意图。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种基于MATLAB的增压器涡轮叶轮的设计优化方法，该***设计包括利用MATLAB/GUI模块开发的涡轮一维设计参数读取，三维叶形设计计算，多目标批量化结果输出和数据保存。其流程为：数据读取模块（涡轮子午面一维设计参数读取模块）读取预先编辑好的涡轮叶轮一维参数并进行检查，并对读入数据内容进行判断是否正确；数据读取模块将读取的数据内容导入到MATLAB的工作空间中，在可视化界面模块中可视化显示，叶形计算模块根据预设多目标参数范围进行三维设计进行涡轮流线数据计算，多目标批量化输出涡轮叶片计算流面数据文件结果，利用存储涡轮叶形设计大数据，进行批量化CFD仿真，最终获得多目标参数的最优化方案。
具体步骤如下：
将预先确定的增压器涡轮叶轮的一维设计参数和三维叶轮批量化设计数据参数输入到Excel表格；
编制涡轮叶轮三维叶形生成计算算法；
涡轮一维设计参数读取模块，MATLAB读取预先编辑好的涡轮叶轮一维Excel表格数据，并对所读取的Excel表格数据进行完整性检查，将读取的Excel表格数据内容导入到MATLAB的工作空间中，同时MATLAB显示数据内容；
三维叶形设计模块，读取Excel表格中三维叶轮多目标批量化设计数据参数，MATLAB按照三维叶轮多目标批量化设计范围数据参数，对工作空间的一维叶形数据进行涡轮流线数据计算，计算按照预先定义的三维叶形设计算法进行，MATLAB对数据计算结果以图形方式展示给用户；
多目标批量化计算结果输出和数据保存模块将MATLAB计算的叶轮设计方案数据结果，以叶片流面数据文件格式，存储在Excel表格文件中；
利用存储在Excel表格文件中的涡轮叶形设计数据，直接用于CAD软件直接建模，利用在目标范围内的批量涡轮参数化数据进行的CFD仿真计算结果，返回Excel表格进行大数据比较统计分析，最终获得多方案的最优化方案。
的用于增压器涡轮叶轮设计优化设计***包括可视化界面模块，且在可视化界面模块中预先编辑增压器涡轮一维设计参数对话框、叶轮三维设计输入参数对话框和叶轮叶形设计结果参数对话框，
涡轮一维设计参数读取模块可将所读取的Excel表格内容与可视化界面模块中相应对话框的数据排列一一对应的方式赋值给涡轮一维设计模块参数对话框；
数据保存模块将MATLAB计算的涡轮设计方案数据结果，以叶片流面数据文件格式，存储在Excel表格文件中，同时在可视化界面模块中以图形界面显示。
在于***计算结果存储在Excel表格文件中的涡轮叶形设计数据，可以直接用于CAD软件直接建模，同时用于CFD流场建模仿真，同时将批量化涡轮参数化数据进行的CFD仿真计算结果，返回Excel表格进行数据比较统计分析，最终获得多方案的最优化方案。
上面仅对本发明的较佳实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化，各种变化均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于MATLAB的增压器涡轮叶轮设计优化方法，其特征在于，包括以下步骤:
S1、将预先确定的增压器涡轮叶轮的一维设计参数和三维叶轮多目标控制范围批量化设计数据参数输入到Excel表格；
S2、涡轮子午面一维设计参数读取模块读取预先编辑好的涡轮叶轮一维Excel表格数据，将读取的Excel表格数据内容导入到MATLAB的工作空间中，同时MATLAB显示数据内容；
S3、三维叶形设计模块读取Excel表格中三维涡轮多目标批量化设计数据参数，MATLAB按照三维涡轮多目标批量化设计范围数据参数，对工作空间的一维叶形数据进行涡轮流线数据计算，MATLAB对数据计算结果以图形方式展示；
S4、多目标批量化计算结果输出和数据保存模块将MATLAB计算的叶轮设计方案数据结果，以叶片流面数据文件格式，存储在Excel表格文件中；
S5、利用存储在Excel表格文件中的涡轮叶形设计数据，直接用于绘图软件直接建模；
其中，将多目标计算结果存储在Excel表格文件中的涡轮叶形设计数据，用于CAD软件直接建模和CFD流场建模仿真，利用在目标范围内的批量叶轮参数化数据进行的CFD仿真计算结果，返回Excel表格进行大数据比较统计分析，最终获得多方案的最优化方案。
2.根据权利要求1所述的一种基于MATLAB的增压器涡轮叶轮设计优化方法，其特征在于，还包括编制涡轮叶轮三维叶形生成计算算法，S3中涡轮流线数据计算按照该计算算法进行计算。
3.根据权利要求1所述的一种基于MATLAB的增压器涡轮叶轮设计优化方法，其特征在于，S2中MATLAB对所读取的Excel表格数据进行完整性检查。
4.根据权利要求1所述的一种基于MATLAB的增压器涡轮叶轮设计优化方法，其特征在于，还包括可视化界面模块，且在可视化界面模块中预先编辑增压器涡轮一维设计参数对话框、涡轮三维设计输入参数对话框和涡轮叶形设计结果参数对话框。
5.根据权利要求4所述的一种基于MATLAB的增压器涡轮叶轮设计优化方法，其特征在于，S2中的涡轮子午面一维设计参数读取模块可将所读取的Excel表格内容与可视化界面模块中相应对话框的数据排列一一对应的方式赋值给涡轮一维设计模块参数对话框；S4中的多目标批量化计算结果输出和数据保存模块将MATLAB计算的叶轮设计方案数据结果，以叶片流面数据文件格式，存储在Excel表格文件中，同时在可视化界面模块中以图形界面显示。
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