液力透平整体模型建立模块优化

该模块由三部分组成，即几何参数化、试验设计和液力透平整体模型的建立。本书的优化首先是针对两个几何形状，即液力透平叶轮轴面投影图和叶片型线。

对于叶轮轴面投影图的优化，液力透平整体模型的建立过程为：首先，确定设计变量，本书以叶轮前后盖板的两个倾角、前盖板流线上的两个圆弧半径以及后盖板流线上的一个圆弧半径为设计变量；其次，采用试验设计方法在设计变量的空间内生成设计变量的试验样本；最后，采用Pro/E软件对液力透平初始模型（整体）中的变量进行参数化设计，用到的是Pro/E中的“关系”操作，通过Pro/E中的“关系”来更新生成不同叶轮轴面投影图对应的液力透平整体模型。

对于叶片型线的优化，液力透平整体模型建立过程为：首先，从待优化的几何形状上提取数个型值点，对提取的型值点进行n次非均匀B样条插值处理，其中型值点的个数以及B样条曲线的次数根据具体几何形状的复杂程度和拟合精度进行合理选择，对于本书中的叶片型线而言，由于几何形状较为简单，从叶片型线上提取7个型值点并采用三次非均匀B样条曲线进行插值处理即可较为精确表达叶片的初始型线；其次，反算出非均匀B样条曲线的控制点坐标（具体在matlab中实现，参见附录），反算出控制点后根据优化设计的具体要求，选择部分或全部控制点作为优化的设计变量，改变控制点在设计空间内的位置（坐标）即可生成不同的叶片型线，从而达到改变叶片型线的目的；然后，采用试验设计方法在设计变量的空间内生成变量试验样本，在matlab中通过拟合生成不同的叶片型线数据，最终这些叶片型线数据需要依次导入到三维造型软件中，因此需要对叶片型线的数据文件稍作处理（结合三维软件能够识别的线文件的格式，使处理后的文件格式符合要求），以便使三维造型软件（如Pro/E）能够成功识别；最后，将叶片型线和叶轮回转体一并导入到三维造型软件中，通过一系列的特征操作后建立叶轮的计算域模型，随后将液力透平的各个计算域（叶轮、蜗壳、间隙、延伸段和尾水管）进行组装形成液力透平的整体模型。

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图9-7 液力透平叶轮优化系统框架

以上是对液力透平两个几何形状在优化时的整体模型的建立过程进行了详细的介绍。但这是针对建立一个新模型而阐述的过程，对于试验样本对应的所有模型，需要用到批处理文件。Pro/E软件在模型建立过程中会生成一个跟踪文件（trail.txt），记录下用户在Pro/E中的整个操作过程。将trail.txt文件重命名后（如1.txt）导入（Tools→PlayTrail/Training File）到Pro/E中，可以回放整个操作的过程，结合这个特点，可以通过改变跟踪文件中优化设计变量的信息以及保存文件名信息，即可生成试验样本中对应的每个模型，依次类推，将试验样本对应的所有模型的跟踪文件放到一个文件中，通过回放操作可一次性生成所需要的所有模型。