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Automatische aerodynamische Optimierung von Verdichterschaufeln


Project Details
Project duration: 06/200505/2009


Abstract
In der Auslegung von Verdichtern müssen viele Anforderungen aus unterschiedlichen Disziplinen berücksichtigt werden. Eine Verbesserung der Leistung und Effizienz kann nur sowohl mit Hilfe einer großen Zahl geometrischer und physikalischer Parameter als auch durch das Einhalten einer Vielzahl verschiedenster Nebenbedingungen erreicht werden. Die Anforderungen an den Verdichter sind sehr vielschichtig und widersprechen sich dabei sogar teilweise. In diesen Fällen müssen die Forderungen gegeneinander gewichtet werden.
Mit Hilfe einer Optimierungsstrategie, die die Aerodynamik von Verdichterschaufeln dreidimensional bzw. den gesamten die Strömung führenden Kanal automatisch verbessert, können mehrere Betriebspunkte aus dem Arbeitsbereich des Verdichters gleichzeitig berücksichtigt werden. Im Gegensatz zur klassischen Auslegungsmethodik von Turbomaschinen verspricht der Einsatz automatischer Optimierungsmethoden, Ideen für neue bisher nicht in Betracht gezogene Oberflächenformen oder auch Grenzen z.B. der Belastung zu finden, vorhandene Beschaufelungen zu verbessern und durch die Integration in die industrielle Prozesskette Entwicklungszeit und -kosten zu sparen.
Der Schwerpunkt dieses Vorhabens liegt in der Optimierung von Axialverdichterstufen. Diese Zielstellung legt eine auf der Evolutionstheorie basierende Optimierungsstrategie nahe, da eine solche Optimierung lokale Minima einer gesuchten Zielfunktion überwinden kann. Es sollen Kriterien und Vorschläge für die Aufstellung der Zielfunktion -- der Kernpunkt jeder programmtechnisch ausgeführten Optimierung -- erarbeitet werden. In dreidimensionalen Optimierungen von Verdichterschaufeln werden bisher nur die Strömungsveränderungen der untersuchten Gitter und nicht Änderungen im Verhalten des gesamten Verdichters berücksichtigt. Daher sollen die Änderungen im Verdichter durch eine Kopplung der 3D-Strömungssimulation mit einer Meridianströmungsrechnung des gesamten Verdichters in die Zielfunktion eingebunden werden.
Stochastische Verfahren erfordern jedoch eine höhe Zahl an Strömungsrechnungen. Daher werden Untersuchungen mit Neuronalen Netzen und polynomialen Antwortflächen durchgeführt, um diese Anzahl zu reduzieren. Zu diesem Zweck wird das Programm modular aufgebaut. So werden zudem Möglichkeiten geschaffen, eine wachsende Anzahl von Forderungen aus weiteren Fachdisziplinen (z.B. Bauteilmechanik, Fertigung) in die automatische Optimierung später einzubeziehen.

Last updated on 2017-11-07 at 14:07