自激振荡脉冲射流减阻特性的多目标优化设计

摘要

自激振荡腔室结构的无量纲参数对自激振荡脉冲射流减阻特性有重要影响。以上下游管径比d2/d1、上游入口管腔径比DT/d1和腔室长径比L/DT为三个关键结构参数,以出口壁面平均剪切应力表示壁面摩擦阻力,以出口流道平均速度梯度表示流体内摩擦阻力,分析了无量纲结构参数对自激振荡脉冲减阻特性的影响。采用大涡模拟数值方法和面心复合设计相结合,计算得到了初始样本点集。通过面心复合设计与响应面法结合来建立响应面近似模型,并采用NSGA-II算法对自激振荡腔室无量纲结构参数进行多目标优化,得到自激振荡腔室无量纲结构参数的Pareto最优解集,并引入权重与中心点结构进行对比。结果表明:d2/d1对出口壁面平均摩擦阻力起主导作用,并随着d2/d1的增大而减小,d2/d1,DT/d1,L/DT无明显交互作用。DT/d1对出口流道平均内摩擦阻力起主导作用,并随着DT/d1的减小而减小,d2/d1与L/DT之间存在明显交互作用。与中心点结构相比,出口壁面平均摩擦阻力和出口流道平均内摩擦力分别减少了43.01%和54.52%。经过多目标优化后的自激振荡腔室减阻性能得到了显著提高,研究结果为自激振荡脉冲减阻增输装置设计提供理论基础。