基于遗传算法的微型燃烧室一维优化设计.pdf
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1、信息技术闫泽华等基于遗传算法的微型燃烧室一维优化设计第一作者简介:闫泽华()男内蒙古乌兰察布人硕士研究生研究方向为燃烧室设计.:./.基于遗传算法的微型燃烧室一维优化设计闫泽华雷雨冰张世权李峰(.南京航空航天大学 能源与动力学院江苏 南京.北京动力机械研究所 北京)摘 要:在微型发动机燃烧室初步设计方案的基础上结合流体网络法、化学反应器网络模型法和遗传算法进行微型发动机燃烧室一维优化设计对微型发动机燃烧室的燃烧效率进行优化程序可在预定范围内自动调整火焰筒内外双壁面各排孔孔径在保证总压恢复系数大于的前提下使燃烧效率增加.达到了微型发动机燃烧室的一维优化设计要求关键词:微型发动机燃烧室优化设计遗传
2、算法中图分类号:文献标志码:文章编号:()(.):.:引言传统燃烧室设计往往通过三维 数值模拟方法评估燃烧室性能 但是在通过 方法设计燃烧室时往往在对燃烧室结构进行微小调整之后就需要设计人员重新进行燃烧室建模、网格划分、数值计算、后处理分析等工作这部分工作在 设计中占据了很大的时间比例若能在燃烧室一维计算分析阶段开展优化工作修正或剔除不合理的设计因素并对燃烧室性能进行一定程度的优化使燃烧室设计更加合理这样就可以减少后续大量三维 计 算 分 析 工 作 进 而 降 低 燃 烧 室 设 计 周 期 基于网络算法的半经验仿真工具和遗传算法开发了一种优化软件软件可评估燃烧室性能和氮氧化物等污染物的排放
3、水平 陈伟开发了基于压力修正的流体网络法计算程序并对微型燃烧室流量分配进行了优化 赵璐等根据驻点回流燃烧室几何构型和燃烧室流动特点及温度分布的模拟结果对该燃烧室进行了化学反应器网络模型的划分并通过遗传算法优化了每个反应器的构型参数本文结合流体网络法、化学反应器网络模型法和遗传算法建立了微型发动机燃烧室一维优化设计方法使用该方法完成了微型燃烧室燃烧效率的优化 基于流体网络法的流量分配计算流体网络()法是一种流量分配计算方法可根据流体网络图在节点处使用连续性方程对两节点之间的单元使用压降/流量关系式然后基于压力修正方法对压力、流量和密度进行修正不断地迭代直到满足收敛精度 相关的计算信息和参数均按特
4、定的形式储存在矩阵中后续修改或增删数据只需修改相应的矩阵即可具有计算时间短、灵活性强等优点能够相对快速、准确地模拟复杂结构的流动因而得到了广泛的应用后进气蒸发管式微型燃烧室结构简图如图 所示根据微型燃烧室基本构型、开孔方案以及流动特点构建由单元和节点组成的燃烧室流体网络结构图(图)其中编号为 的单元表示火焰筒外环壁面各排孔编号为 的单元表示火焰筒内环壁面各排孔编号为 的单元表示蒸发管节点 和节点 分别表示燃烧室进口和燃烧室出口信息技术闫泽华等基于遗传算法的微型燃烧室一维优化设计&=图 后进气蒸发管式微型燃烧室结构简图1122344556677889910101111121213131414
5、15151642434445464748495016173031313232333334343535363637373838393940404141421718181919202021212222232324242525 26262727282829293060435958575655545352513图 微型燃烧室流体网络图 计算得到的各区域流量占比与预期流量占比相对偏差小于(表)且各排孔孔径、孔数和总开孔面积以及蒸发管直径均符合设计经验表 火焰筒各功能区流量分配单位:功能区设计流量占比计算流量占比相对偏差主燃区.补燃区.掺混区.蒸发管.外环腔道.内环腔道.微型燃烧室化学反应器网络模型化学反
6、应器网络()模型法依据内部流场、温度场和燃烧室的特性将燃烧室划分为若干个区域因而每个区域都可用简单的理想化学反应器来模拟 对于普通的燃烧室模型经常使用到的化学反应器有完全混合反应器()、柱塞流反应器()和气体均相混合器()该方法具有计算时效高、计算成本低及准确预测污染物排放情况等优点根据后进气蒸发管式微型燃烧室流场及主燃孔、掺混孔的位置划分可将火焰筒划分为主燃区、补燃区和掺混区 个主要区域主燃区取火焰筒头部至主燃孔中心截面之间的区域是微型燃烧室主要的反应区其主要功能是稳定火焰使大部分燃料在此区域进行稳定燃烧 考虑到微型燃烧室结构、成本等因素本文设计的微型燃烧室利用火焰筒内外环第一排孔射流和蒸发
7、管射流构成头部流场并建立回流区以形成稳定的火焰燃烧区域 图 为某型微型燃烧室两蒸发管之间截面温度和燃油浓度分布云图 一定流量的燃油经蒸发管喷出后在主燃区与空气迅速且充分混合快速反应因此可以用完全混合反应器模拟此区域考虑到火焰筒主燃区内外环空气流量和燃油浓度分布不均匀的现象将主燃区划分为 个完全混合反应器 和 代表火焰筒主燃区外环贫油区 代表火焰筒主燃区内环富油区(b)#(a)#U#图 某型微型燃烧室两蒸发管之间截面参数分布云图信息技术闫泽华等基于遗传算法的微型燃烧室一维优化设计补燃区取主燃孔中心截面至掺混孔之间的区域 受限于微型燃烧室结构特点此时往往仍有部分未蒸发或完全燃烧的燃油进入此区域因此
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