复合冷却涡轮叶片结构化网格参数化方法研究

发布时间：2020-05-03 17:46

【摘要】：为提高涡轮叶片的设计效率,本文开发了基于参数控制的涡轮叶片自动结构化分区网格生成系统,可实现叶片模型重构、计算域分区和结构化网格生成过程的参数化控制和自动完成,加速叶片的造型和网格生成过程;对生成网格进行数值模拟计算。计算结果表明生成网格在满足叶片数值计算精度的前提下,人员工作量大大减少,使得网格生成效率极大提高;在模型调整时,只需更改相应的参数即可快速更新模型,缩短模型的生成周期,提高设计工作的可重用性。为提高结构化网格生成效率和质量,本文研究了基于涡轮叶片拓扑结构的启发式的自动分区策略。根据涡轮叶片几何参数,自动计算各结构包络面并在计算域中生成辅助面,以构建六面体拓扑结构;提出了具有通用性的“填充虚拟结构”优化方法,将计算域的分区细化以优化网格质量。结果表明本策略人工干预少,网格生成周期短,适用于具有相似拓扑结构的叶片模型,解决了多分区结构化网格生成中分区量大的难题,有助于实现叶片结构设计过程的自动优化。本文提出了一套分区质量的评价体系,在基于分区质量评价指标基础上利用遗传算法自动求解出几何体的优化分区。本文以涡轮叶片叶盆侧自动分区为例提出了两种优化方法,一种是串行优化:按顺序依次产生优化分区;另一种是整体优化:同时对所有分区采取整体优化策略。研究结果表明这两种方法都可以快速地自动确定出涡轮叶片的最优结构化网格分区,相对于手工切分大大提高了效率,同时也保证了高质量网格的生成;串行优化所产生的各个网格分区间质量相差较大;整体优化获得的各个分区质量较为均衡且计算效率较高。此研究为复杂形体结构化分区网格提供了一种高效智能的方法。
【图文】：

模型图,动叶,模型,涡轮叶片

图 1.1 动叶模型图 1.2 导叶模型是动叶，其叶片表面都是空间曲面，这是由涡轮叶片的高负荷叶身是涡轮叶片的主体部分，位于叶栅流动通道内，其造型包的造型两步。叶身外型型面是由若干组经气动计算后在不同流合成的空间自由曲面。为了降低叶身壁面温度、防止叶片被烧片内腔相通的气膜孔，冷却气流由腔内流入叶片外部，在叶身

模型图,导叶,模型,涡轮叶片

图 1.2 导叶模型导叶还是动叶，其叶片表面都是空间曲面，这是由涡轮叶片的高负荷和高定的。叶身是涡轮叶片的主体部分，位于叶栅流动通道内，，其造型包括叶型型面的造型两步。叶身外型型面是由若干组经气动计算后在不同流道高曲线拟合成的空间自由曲面。为了降低叶身壁面温度、防止叶片被烧蚀，有与叶片内腔相通的气膜孔，冷却气流由腔内流入叶片外部，在叶身外壁阻隔高温燃气和涡轮叶片之间的直接传热。叶身内型型面也是由若干叶型律积叠而成的空间曲面。此外，为强化换热从叶片内壁面吸取热量，叶身纵向肋（隔板）、扰流柱、冲击衬套等冷却结构，通过冲击冷却、扰流强化。为了能够有效的进行参数化模型的生成，经过抽象，总结出涡轮叶片结如下：面曲线片的基本元素，由前缘曲线、叶盆曲线、尾缘曲线、叶背曲线四部分组成论是把一个空间的叶片看做由沿叶片高度的多个截面曲线叠加形成。
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V232.4

【参考文献】