# 臺灣博碩士論文加值系統

(44.200.175.255) 您好！臺灣時間：2022/08/11 13:54

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 在本研究論文中，我們針對現行之螺槳幾何設計中所不足之處，提出一種解決之方法。透過基因演算法之計算特性，針對螺槳幾何設計參數中，歪斜、傾斜及弦長之設計做探討，並採用Bèzier曲線作為螺槳曲線產生的方式。其後，為了解決因基因演算法所產生之龐大計算量，以及為了提升計算速度，我們引用了分散式運算的觀念，將計算量分散到各節點以節省計算之時間。 在經由計算例之探討後可以發現，傾斜對於我們所考慮之空泡、推力、扭力沒有非常相關之影響。而在弦長方面，則需牽涉到強度、升力線、升力面之計算，才能進行較完備之設計。而在歪斜方面，則是影響空化的最重要因素。從計算結果中可以得知，由於歪斜之變化太大，在未設限的情況下，由基因演算法計算出之最佳解並不能符合螺槳幾何設計的基本需要。因此，在本研究論文中可以發現，雖然基因演算法是屬於一全域之搜尋方法，但應用在螺槳幾何參數設計時，適當之設限條件是需要的，也較能幫助我們求得所需之螺槳設計幾何。論文中展示了設計例，並就其結果討論本方法可改進之處。
 In this thesis, a propeller design tool is developed using a Genetic Algorithm. This design tool is developed for the assistance of propeller hydrodynamic designs, and used to design skew, rake and chord-length distributions for reducing cavitation on the blade surface. All these geometric parameters are traditionally designed by experience or existing data. In this method, Bèzier curves are adopted for defining these geometric parameters, and a Genetic Algorithm is used for searching the optimum solutions. A parallel version of this design method is developed on a distributed computing system for computationally efficiency. The computational results show that the skew distribution is critical to the cavitation behavior, and the rake distribution is not. A good chord-length distribution can improve the blade cavitaion, however, it should be cooperated with the structure design. In order to obtain a practical and usable skew distribution, some constrains should be added to the design conditions. We have tried six different constrains, and discussed the design results in this thesis. Different fitness functions are tested, and it is found that “cavitation volume / propeller thrust” is the most appropriate function. Using different number of generations and different number of parents are also investigated in the thesis. Design example are shown in the thesis, and suggestions are made for improving this design method.
 目錄 目錄 i 圖目錄 iii 表目錄 vi 摘要 vii Abstract viii 第一章、緒論 1 1.1 改進螺槳設計的方法 2 1.2 採用基因演算法來改進螺槳設計 3 1.3 平行化計算 3 1.4 展望 5 第二章、基因演算法 6 2.1 何謂基因演算法 6 2.2 GA的三個運算子 7 2.3 適合度方程式（fitness function） 11 2.4 避免落入區域最佳解（local optimum） 11 2.5 分散式運算 15 第三章、螺槳設計之改進 19 3.1 現今螺槳設計之目標 19 3.2 螺槳設計與螺槳幾何參數 20 3.3 螺槳幾何參數之定義 23 第四章、計算程式與計算環境 32 4.1 基因演算法程式架構 32 4.2計算環境 39 第五章、計算例 41 5.1 設計策略 41 5.2 設計結果分析 50 5.3 分散式平行運算效率分析 59 第六章、討論與未來展望 102 6.1 討論 102 6.2 未來展望 105 參考文獻 106
 [1] 郭真祥, 梁煒煜, "電腦輔助螺槳設計系統之建立", 中國造船暨輪機工程學刊第十四卷第二期, 1995.[2] 孫志彬, "The development of an evolutionary design system for multimodal and constrained optimization problems using genetic algorithms", 2001.[3] Jinsoo Cho and Seung-Chul Lee, "Propeller Blade Shape optimization For Efficiency Improvement", Computers & Fluids Vol. 27. No. 3, pp.407-419, 1998.[4] S.A.Kinnas, "A Numerical Method for the Analysis of Cavitating Propellers in a Nonuniform Flow", MIT-PUF-3 Program Documentation, Technical Report 90-4, MIT, Dept. of Ocean University, 1990.[5] Mitsuo Gen and Runwei Cheng, "Genetic Algorithms & Engineering Design", Wiley-Interscience, 1997.[6] Jeremy Dawson, Keith kern, Julie Leung, "Genetic Algorithms and Evolution Strategies", http://www.cpsc.ucalgary.ca/~dawsonj/533/webnotes/main.html[7] D.E. Goldberg, "Genetic Algorithms in Search, Optimization, and Machine Learning", Addison-Wesley, 1989.[8] 蘇木春, 張孝德, "機器學習：類神經網路、模糊系統以及基因演算法", 全華科技圖書公司, 1997.[9] 蘇淑津, "九十年代電腦的主流-分散式計算環境", 電腦與通訊第五期[10] 張毓麟, "邊界元素法計算效率提昇之研究". 1999.[11] Inter Technical Support Organization, "RS/6000 SP: Practical MPI Programming", IBM, 1999.[12] 鄭守成, "MPI 平行計算程式設計", 國家高速電腦中心, 2001.[13] David F. Rogers & J. Alan Adams, "Mathematical Elements for Computer Graphics", published by McGraw-Hill.[14] 辛敬業, "應用通用螺槳幾何描述法之螺槳葉片設計方法", 第十四屆中國造船暨輪機工程論文研討會論文集, 2002, 基隆.
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 1 利用基因演算法進行風扇之製程改善 2 利用平行基因演算法做軀體感覺神經模型的連結參數最佳化組合 3 螺旋槳性能多目標之智慧型參數設計 4 以非穩態CFD方法模擬單獨螺槳實驗之研究 5 應用基因演算法改進洋流渦輪機葉片之設計 6 運用超啟發式演算法求解光罩資料處理排程問題 7 運用反應曲面法提升基因演算法效率探討 8 以基因演算法與平行運算進行翼型優化 9 具負載平衡機制之虛擬伺服器的設計與實作及其應用 10 結合分散式運算與GPU於提升類神經學習障礙輔助診斷效能之研究 11 演化式模糊類神經推論模式II

 1 14.吳永隆、葉光毅、張耀珍，「有關步道設置之基礎研究（二）-步道的評估」，建築學報，第十五期，35∼45頁，1995年12月。 2 1.許添本，田欣雷，賴以軒，「捷運車站行人流特性分析」，都市交通季刊，第十五卷第一期，1∼11頁，民國八十九年三月。 3 41.許添本、葉源祥，「車道標線對道路容量與車流衝突分析」，運輸（已改版為運輸學刊）第二十五期，57∼74頁，民國八十三年9月。 4 [1] 郭真祥, 梁煒煜, "電腦輔助螺槳設計系統之建立", 中國造船暨輪機工程學刊第十四卷第二期, 1995. 5 75.李綱，「捷運地下車站安全特性之探討」，都市交通，第95期，32∼41頁，民國86年9月。 6 74.鄭銘興，「淡水線站務員看車站設計」，都市交通，第95期，49∼58頁，民國86年9月。 7 18.闕河淵，「捷運系統車站月台寬度設計準則之探討」，土木水利，第二十四卷第四期，79∼84頁，民國八十七年2月。 8 13.吳永隆、葉光毅、張耀珍，「有關步道設置之基礎研究（一）-步道寬度之決定」，建築學報，第十四期，117∼135頁，1995年10月。 9 73.藍武王、吳炯炎「台北市木柵線車站轉乘服務之滿意度調查研究」，運輸學刊，第十卷第一期，141~162頁，1997年3月。 10 67.簡賢文、吳貫遠、吳俊毅，「台鐵台北車站避難時間之評估」，中央警察大學災害防救學報，第一期，213∼236頁，民國八十九年。 11 [9] 蘇淑津, "九十年代電腦的主流-分散式計算環境", 電腦與通訊第五期 12 65.黃俊夫，「環境因素對科工館觀眾參觀動先知影響」，科技博物，第四卷第二期， 62∼74頁，民國八十九年3月。 13 54.許添本、張瑋君、趙瑞芳，「巷道寬度縮窄對車流速率衝擊分析」，中華道路，第35-3期，4∼10、21頁，民國八十五年7月。 14 53.黃俊杰、林晏州，「都市人行道界面組成型態對行人知覺之影響」，造園學報，第六期，35-54頁，民國八十九年7月。 15 16.吳永隆、葉光毅，「地區性道路網便利性、舒適性、防災性基準之研究」，建築學報，第二十六期，19∼34頁，1998年9月。

 1 遺傳演算法於零工式生產排程系統之應用 2 矩形容器內流體振盪控制之研究 3 分散式系統於可程式控制器之應用 4 利用應力波有限元素法探討格架結構音之傳播 5 端肘板鍵槽對連續艙口圍緣角隅強度之影響 6 鍵槽對艙口角隅應力集中現象改善之結構分析 7 質點影像測速法於薄膜流場的量測應用 8 車輛－軌道耦合系統之動態分析 9 實驗計畫法程式開發及應用於螺槳設計之探討 10 移動音源之聲功率量測與音場特性分析 11 輻射層汽車胎力學與振噪特性分析 12 類神經網路於船舶設計資料之初步預估 13 近場聲音全像術應用於噪音源的辨識 14 振盪積分法在三維室內聲場聲壓計算之研究 15 輔助性網路遠端控制之可行性

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