Multiparameteroptimierung von Turbomaschinen mit Hil von evolutionären Algorithmen und Integration in eine Prozessberechnung

摘要

Bei Strömungsmaschinen erfolgt im Gegensatz zu Verdrängermaschinen der Verdichtungs- bzw. Entspannungsprozess in einem offenen Raum durch die kontinuierliche Umwandlung von dynamischen in statischen Druck und umgekehrt. Aufgrund dessen bestimmen die Eingangsbedingungen wesentlich die Leistung und Funktionsfähigkeit der Turbomaschinen. Bei Prozessen mit unterschiedlichen Betriebsfällen, wie bei Flugzeug- und Bahnklimaanlagen, ist die Auswahl geeigneter und realisierbarer Turbomaschinen schwierig. Zur Auslegung dieser Anlagen ist deshalb eine gleichzeitige Berechnung des Prozesses und der Abstimmung der Turbomaschinen über Kennfelder in einem gemeinsamen Modell durchzuführen. Damit können Prozessparameter und Turbomaschinen optimal aufeinander angepasst werden. In dieser Studie wird zuerst ein Modell zur vereinfachten Auslegung von Turbomaschinen präsentiert, mit dem ohne Kenntnis der genauen Geometrie, Kennfelder anhand definierter Parameter generiert werden können. Anschließend wird ein evolutionärer Algorithmus zur Optimierung der Kennfelder für festgelegte Betriebsfälle angewendet. Danach erfolgt die Integration der Kennfelder in die Prozessrechnung, bei der zusätzlich die Drehzahl aller Maschinen auf einer Welle abgestimmt wird. Schließlich wird die Prozedur beispielhaft bei einer Flugzeugklimaanlage durchgeführt und auf die Schwierigkeiten und Vorteile dieser Herangehensweise eingegangen.