类神经网路应用於小型轴流风扇叶片设计

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1、類神經網路應用於小型軸流風扇葉片設計第二組指導老師:陳沛仲學生:呂學傑19212017陳又綸19212032目錄前言研究方法到傳遞類神經網路葉片設計之應用結論參考資料前言現在人的生活一舉一動幾乎離不開風扇，家庭用的電風扇，吹風機，室內用的冷氣…，一直到高樓大廈的冷凍空調系統，工業通風，都是送風技術的領域，可說和我們息息相關。本文章是以小型的軸流式風扇為研究對象，其工作原理是藉由葉輪轉動造成的壓力差，迫使其週遭的流體產生運動，面達到傳送週遭流體，其主要目地是利用風扇風壓去克服系統內部阻抗，而將系統內部的熱，帶到系統外部的環境研究方法風扇葉片的設計：

2、一般風扇設計是依據性能需求，使用目地，來定出適當的設計目標，一旦風的設計格確定後，即進行風扇外型設計，葉片成型後，可利用計算流體力學方法來進行流場模擬。本文設計的風扇參考規格如下表(1)。決定了設計規格後，在來就是葉片外型的設計，為了簡化問題，本文假設流體是以同一半徑的高度均勻流入，並流出風扇，故先將三維葉片依不同的半徑分成數個截面，再依不同的截面不同的速度比例和流體的偏轉，配合葉柵理論，葉片設計的參數法和曲線擬合法，來決定二維的翼剖面。如圖(2)再將各個截面依指定軸沿徑向堆疊，即可成三維葉片立體外形，如圖(3)。在經過不同的設計分析，如吸入之外

3、側之外廓pp(x,z).ps(x,z),只針對二參數進行偏微與向量差積…等多種分析，在結合如AutoCAD…等軟體，進行模加工模擬，並建構實體，如圖4-6不同。流場分析：本研究使用流場數值模擬軟體為TASCflow(有限體積法)，這種方法是用在處理物理守恆上有較佳的結果，為了在理處上有較佳減少數值上的誤差，亦結合了有限元素法，使其在三維扭曲外形的網格時，能具有較好的收斂。為了簡化問題，本文只取流場的其中一個葉片流道來加以計算。圖8為整個風扇的表面格點本文流道邊界條件設定如下:1.葉片表面及流道上下面均給定無滑動固體邊界條件。2.入口邊界條件給定軸

4、向速度。3.出口邊界條件給定平均壓力的參考值為大氣壓力。4.從流道入口處到葉片前緣，以及葉片後緣到流道出口處的四個邊界為週期性邊界，詳圖如下圖(9)。到傳遞類神經網路何謂類神經網路，類神經網路是一種模擬自然界生物在生存環境中學習過程，經由不斷的學習與修正錯誤的過程，來改變反應的行為。一個類神經網路通常是由多個人工神經元所組成，如下圖(10)所示。其中x1…xm為外在環境對神經元的剌激訊號，該剌激訊號由神經節傳到神經元本體，不同的神經節會有不同的活性，就會產生不同的訊號加權值wij。當收集完訊號，在由集成函數將整個訊號整合後，並利用已存在於神經元內

5、的作用函數，將訊號處理後，輸出一個新的訊息y1,利用不同的連結加權值以不同的連結方式，將許多的神經元組合成不同的神經網路。本文所採用的到傳遞類神經網路，基本原理是利用最陡坡降法的最佳化方法，在學習的過程中，將誤差函數予以最小化。當輸入一組訓綀範例後，網路會得到一組輸出值，在根據目標值和他的輸出值之間的誤差，往回網路內部修正網路參數，這就是到傳遞類神經網路。本文所用最佳化方法，為複合型法。他是屬於有限佳化方法之一，其源自於求解無限制非線性最佳化的單純型法。，他的好處是只需計算目標函數值，而不需計算其目標函數的導數值，計算上較容易，其幾何概念上也比較

6、清晰。葉片設計之應用葉片的設計常需做流場值分析.性能…等等分析，再利用最佳化分析來找出最佳的方式，如果一一分析就太浪費時間和金錢，所以這只對其中一樣葉片設計來所以分析，來修改參數以達到所需求的葉片。左邊的參數，代表x.y.為產生最大的厚度時均線的位置，BiBe為前後緣葉片入出口角，Tm為最大厚度。網路輸入參數為三維葉片之底部葉片和頂部葉片各六個參數，所以輸入參數為12個;網路輸出參數為三維葉片表面壓力側和吸附廁各18點的平均壓力係數及壓力的全壓效率。葉片設計到傳遞網路的架構如下圖(12)其中壓力系數和全壓效率的定義為:Cpn為葉片表面壓力係數，P

7、n葉片表面壓力，W1為流入口速度，Pt為流體流經葉片前後的全壓差，Power輸入馬力,Q為流量。表2為經過長達500次搜尋之後，最佳化葉形的設計參數如下表2。經過最佳化搜尋模擬，如圖所示右圖為初始葉片與最佳化所求的葉片比較圖此圖可以看出最佳化後葉片中間截面的壓力分佈如圖17經過多種的模擬分析和計算，可得出最佳化葉片，如右圖所示結論藉由本研究方法，確實可以訊速獲得所需的最佳葉片，並且可以減少設計時程，因此非常適合運用於軸流風扇的設計上，甚至可將此設計方法運用於其他風扇工作原理相似的工作上，如壓縮機…等等，利用此方法來獲得高性能的最佳化是可期待的。參

8、考資料http://lingb28.myweb.hinet.net/b9091199/ANN.htmhttp://www.pmsh.kh