بهینه سازی هندسی دیفیوزر خروجی توربین گاز نمونه با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی و الگوریتم ژنتیک

Abstract

هدف این مقاله یافتن طراحی بهینه برای یک دیفیوزر خروجی توربین گاز نمونه است. جهت دستیابی به ضریب بازیافت فشار استاتیک حداکثر با وجود جریان چرخشی، از یک الگوریتم تکاملی استفاده شده است. فرایند بهینه‌سازی در سه حالت مختلف مورد مطالعه قرار گرفته است. در ابتدا با در نظر گرفتن یک پروفیل ثابت از هاب تا شرود برای پوشش پایه نگهدارنده، بهینه‌سازی انجام شده است. در مرحله دوم، دو پروفیل برای پوشش پایه نگهدارنده یاتاقان یکی در مقطع هاب و دیگری در مقطع شرود انتخاب شده است. نهایتا، فرایند بهینه‌سازی برای هندسه دیفیوزر و پوشش پایه نگهدارنده یاتاقان بصورت همزمان انجام شده است. به منظور تولید پروفیلهای مربوط به شکل پوشش پایه‌های نگهدارنده یاتاقان از روش پارامتری‌سازی پارسک استفاده شده است. حل جریان آشفته و سه‌بعدی با کمک دینامیک سیالات محاسباتی انجام گرفته است. مساله بهینه‌سازی ابتدا با یک نمونه برداری اولیه از فضای حل آغاز شده و در ادامه از الگوریتم ژنتیک برای یافتن بهینه کلی استفاده شده است. بهینه‌سازی برای جریان چرخشی در خروجی توربین با عدد رینولدز 105×1.7 بر اساس قطر هیدرولیکی در ورودی دیفیوزر انجام گرفته است. تمامی مراحل اجرای الگوریتم ژنتیک و فرایندهای تولید مدل، تولید مش با توربوگرید، حل جریان با انسیس سی اف ایکس و محاسبه تابع هدف برای هریک از اعضاء جمعیت در هر نسل از الگوریتم ژنتیک بصورت کاملا خودکار درون نرم‌افزار متلب پیاده سازی و اجرا شده است. در نتیجه بهینه‌سازی ضرایب بازیافت فشار استاتیک دیفیوزرها در مراحل اول، دوم و سوم به ترتیب %1.94، %3.1 و %7.42 افزایش می‌یابند.