基于优化设计方法的涡轮激波弱化研究
发布时间：2021-02-14 22:11
随着燃气涡轮负荷不断提高,涡轮内激波增强,激波弱化已成为一个重要的研究方向。但目前国内外对激波机理与弱化方法的研究尚未成熟,尤其是多工况点激波弱化与激波弱化方法在涡轮设计中的应用方面,还很少见到相关的研究成果。本文主要针对以上现状,利用优化设计方法对涡轮激波进行弱化,搭建起单点、多点涡轮激波弱化优化设计平台,并与涡轮设计方法相结合,实现激波弱化的高负荷涡轮优化设计。首先针对涡轮叶栅叶型全局优化设计计算时间长、样本空间大等难点提出一种可行的单点优化设计方法,该方法将控制叶型的17个参数作为优化变量,采用第二代多目标遗传算法进行全局自动寻优。基于此方法,搭建了叶型全局优化设计平台。利用此平台,分别采用轴向稠度固定和自由优化两种方式对某超声速涡轮叶栅进行了优化设计。数值计算结果表明,两组优化设计叶栅在设计工况下总压损失系数比参考叶栅分别低19.5%和10.0%,流道中的激波强度更弱,且在变工况条件下都具有较好的气动性能。深入分析流场与激波结构后发现,外尾激波相比于内尾激波对总损失的影响更大,通过减小气流膨胀转折角或内尾激波气流转折角能够有效削弱外尾激波强度。在单点优化设计的基础上,为进一步提...
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：60 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 研究意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 激波机理研究
1.2.2 弱化激波研究
1.3 研究现状中存在的问题
1.3.1 叶型参数化方法
1.3.2 弱化激波造型多点优化设计
1.3.3 弱化激波造型在涡轮设计中的应用
1.4 本文主要研究内容
2 叶栅单点优化设计方法
2.1 引言
2.2 全局优化设计方法
2.2.1 叶型参数化
2.2.2 流场数值计算方法
2.2.3 优化方法
2.3 优化设计方法验证与应用
2.3.1 结果与分析
2.3.2 数值模拟验证
2.3.3 流场分析
2.4 本章小结
3 叶栅多工况优化设计方法
3.1 引言
3.2 叶栅优化设计方法
3.3 叶栅性能分析
3.4 叶栅流场分析
3.5 本章小结
4 高负荷单级轴流涡轮气动设计
4.1 引言
4.2 一维气动设计
4.3 叶片造型与流道设计
4.4 涡轮性能分析
4.4.1 设计工况分析
4.4.2 变工况分析
4.5 本章小结
结论与展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]超声速涡轮叶型全局气动优化设计[J]. 李志,刘艳,杨金广,徐乐,张敏. 推进技术. 2019(05)
[2]在超声速流动中激波与边界层的干扰特性[J]. 刘沛清,郭知飞. 力学与实践. 2018(04)
[3]高负荷跨声速涡轮叶型设计方法研究[J]. 陈云,王雷,马广健. 燃气涡轮试验与研究. 2018(03)
[4]基于反方法的高负荷涡轮动叶激波控制[J]. 杨金广,徐乐,刘艳,张敏. 推进技术. 2018(06)
[5]跨声速涡轮叶栅激波损失控制方法[J]. 董明,葛宁,陈云. 航空动力学报. 2018(05)
[6]基于DDES的跨声速导叶中激波与边界层干涉机理研究[J]. 卞修涛,林敦,苏欣荣,袁新. 推进技术. 2017(10)
[7]跨音透平中激波与边界层、尾迹干涉机理研究[J]. 卞修涛,林敦,苏欣荣,袁新. 工程热物理学报. 2017(05)
[8]基于自适应本征正交分解的涡轮级多学科设计优化[J]. 张立章,尹泽勇,米栋,朱剑锋,钱正明,李坚. 推进技术. 2017(06)
[9]弱化激波涡轮叶栅研究[J]. 余佳,马伟涛,季路成. 工程热物理学报. 2015(12)
[10]两类涡轮激波结构及演化规律研究[J]. 季路成,马伟涛,冯福金. 北京理工大学学报. 2015(06)
博士论文
[1]面向叶轮机气动形状精细设计的伴随方法及其应用研究[D]. 李伟伟.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2013
[2]超高负荷跨音速涡轮气动设计理论及其非定常流动特性研究[D]. 张磊.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2011
硕士论文
[1]超/跨音涡轮激波现象及调控措施研究[D]. 焦峻峰.北京理工大学 2016
[2]高负荷涡轮气动参数选取模型的研究[D]. 王中锴.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2014
本文编号：3033945
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：60 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 研究意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 激波机理研究
1.2.2 弱化激波研究
1.3 研究现状中存在的问题
1.3.1 叶型参数化方法
1.3.2 弱化激波造型多点优化设计
1.3.3 弱化激波造型在涡轮设计中的应用
1.4 本文主要研究内容
2 叶栅单点优化设计方法
2.1 引言
2.2 全局优化设计方法
2.2.1 叶型参数化
2.2.2 流场数值计算方法
2.2.3 优化方法
2.3 优化设计方法验证与应用
2.3.1 结果与分析
2.3.2 数值模拟验证
2.3.3 流场分析
2.4 本章小结
3 叶栅多工况优化设计方法
3.1 引言
3.2 叶栅优化设计方法
3.3 叶栅性能分析
3.4 叶栅流场分析
3.5 本章小结
4 高负荷单级轴流涡轮气动设计
4.1 引言
4.2 一维气动设计
4.3 叶片造型与流道设计
4.4 涡轮性能分析
4.4.1 设计工况分析
4.4.2 变工况分析
4.5 本章小结
结论与展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]超声速涡轮叶型全局气动优化设计[J]. 李志,刘艳,杨金广,徐乐,张敏. 推进技术. 2019(05)
[2]在超声速流动中激波与边界层的干扰特性[J]. 刘沛清,郭知飞. 力学与实践. 2018(04)
[3]高负荷跨声速涡轮叶型设计方法研究[J]. 陈云,王雷,马广健. 燃气涡轮试验与研究. 2018(03)
[4]基于反方法的高负荷涡轮动叶激波控制[J]. 杨金广,徐乐,刘艳,张敏. 推进技术. 2018(06)
[5]跨声速涡轮叶栅激波损失控制方法[J]. 董明,葛宁,陈云. 航空动力学报. 2018(05)
[6]基于DDES的跨声速导叶中激波与边界层干涉机理研究[J]. 卞修涛,林敦,苏欣荣,袁新. 推进技术. 2017(10)
[7]跨音透平中激波与边界层、尾迹干涉机理研究[J]. 卞修涛,林敦,苏欣荣,袁新. 工程热物理学报. 2017(05)
[8]基于自适应本征正交分解的涡轮级多学科设计优化[J]. 张立章,尹泽勇,米栋,朱剑锋,钱正明,李坚. 推进技术. 2017(06)
[9]弱化激波涡轮叶栅研究[J]. 余佳,马伟涛,季路成. 工程热物理学报. 2015(12)
[10]两类涡轮激波结构及演化规律研究[J]. 季路成,马伟涛,冯福金. 北京理工大学学报. 2015(06)
博士论文
[1]面向叶轮机气动形状精细设计的伴随方法及其应用研究[D]. 李伟伟.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2013
[2]超高负荷跨音速涡轮气动设计理论及其非定常流动特性研究[D]. 张磊.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2011
硕士论文
[1]超/跨音涡轮激波现象及调控措施研究[D]. 焦峻峰.北京理工大学 2016
[2]高负荷涡轮气动参数选取模型的研究[D]. 王中锴.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2014
本文编号：3033945
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/hangkongsky/3033945.html
