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Data-driven framework for prediction and optimization of gas turbine blade film cooling

物理 刀(考古) 燃气轮机 涡轮叶片 计算流体力学 航空航天工程 机械工程 机械 核工程 热力学 涡轮机 工程类
作者
Yaning Wang,Zirui Wang,Shuyang Qian,Xubin Qiu,Weiqi Shen,Xinshuai Zhang,Benshuai Lyu,Jiahuan Cui
出处
期刊:Physics of Fluids [American Institute of Physics]
卷期号:36 (3) 被引量:6
标识
DOI:10.1063/5.0186087
摘要

Film cooling is a crucial technique for protecting critical components of gas turbines from excessive temperatures. Multiparameter film cooling optimization is still relatively time-consuming owing to the substantial computational demands of computational fluid dynamics (CFD) methods. To reduce the computational cost, the present study develops a data-driven framework for predicting and optimizing the film cooling effectiveness of high-pressure turbines based on deep learning. Multiple rows of cooling holes located on the pressure surface of the turbine blade are optimized, with the coolant hole diameter, the incline angle, and the compound angle as design parameters. A conditional generative adversarial network model combining a gated recurrent unit and a convolutional neural network is designed to establish the complex nonlinear regression between the design parameters and the film cooling effectiveness. The surrogate model is trained and tested using independent CFD results. A sparrow search algorithm and the well-trained surrogate model are combined to acquire the optimal film cooling parameters. The proposed framework is found to improve multi-row film cooling effectiveness by 21.2% at an acceptable computational cost.

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