ІНТЕГРАЦІЯ СУРОГАТНОГО МОДЕЛЮВАННЯ ТА ЕВОЛЮЦІЙНИХ АЛГОРИТМІВ У ПРОЄКТУВАННІ ВІДЦЕНТРОВИХ КОМПРЕСОРІВ

Анотація

Розглянуто сучасний підхід до оптимізації геометрії робочого колеса високонапірного відцентрового компресора на основі сурогатного моделювання та еволюційних алгоритмів. Основною метою дослідження є підвищення енергетичної ефективності та зниження обчислювальних витрат при CFD-аналізі шляхом побудови аналітичної моделі залежності аеродинамічних характеристик від геометричних параметрів. Для цього використано метод Kriging (Gaussian Process Regression) у поєднанні з багатокритеріальним генетичним алгоритмом NSGA-II, реалізованими в середовищі ANSYS Design Exploration. Параметризація компресора виконана за трьома ключовими змінними: вихідний кут лопаті робочого колеса, вхідний кут лопатей радіального дифузора та відносна довжина спліттера. Для формування навчальної вибірки застосовано центрально-композиційний план експерименту, що дозволив обмежити кількість CFD-розрахунків до 15 варіантів. Побудована сурогатна модель продемонструвала високу точність апроксимації (коефіцієнт детермінації близький до 1, RMSE – мінімальний), що підтверджено крос-валідацією. Оптимізація за допомогою NSGA-II забезпечила формування Парето-фронту, який відображає компроміс між політропним ККД та ступенем стискання. Аналіз чутливості показав, що найбільший вплив на ефективність має вихідний кут лопатей робочого колеса, тоді як довжина спліттера та вхідний кут дифузора виконують стабілізуючу роль. Отримані результати свідчать про доцільність застосування сурогатного моделювання та еволюційних алгоритмів для оптимізації турбомашин, що дозволяє скоротити обчислювальні витрати без втрати точності та забезпечити гнучкість у виборі оптимальних конструктивних рішень.