涡轮级非定常气动性能优化研究
发布时间：2021-04-23 06:55
气动设计作为轴流涡轮叶片设计的核心内容,直接关系到涡轮的效率、功率乃至运行的可靠性。随着轴流涡轮向着高效率、大功率以及经济紧凑的方向发展,对其气动性能也提出了更高的要求。近年来,基于CFD定常数值计算的叶片气动优化技术得到了广泛发展,但轴流涡轮内部流动本质上是非定常的,因此有必要开展基于非定常计算的轴流涡轮叶片气动优化设计。针对涡轮级非定常气动优化设计计算成本过高的问题,本文提出了一种适用于单排叶片非定常计算的“时间相关边界条件”方法,并通过LISA 1.5级涡轮验证了该方法的可行性,其主要思想为:通过在单排叶片进出口边界处施加随时间变化的非定常流场参数来模拟单排叶片上下游的非定常效应,从而合理地对单排叶片进行非定常数值计算。本文首先对LISA 1.5级涡轮进行了非定常数值计算,并与实验结果进行比较,发现非定常数值计算能够准确地模拟出涡轮内部真实的流动情况。随着上游叶片排尾迹向下游叶片排扩散,并与主流掺混,加上动静叶片排相对运动的影响,使得各叶片排沿轴向的非定常现象逐渐增强。随后开发了叶片积叠线参数化程序,并将其与单排叶片三维非定常数值计算进行集成,采用拉丁超立方试验设计方法和多目标遗...
【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】：62 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 涡轮内部非定常流动现象研究现状
1.2.2 叶片气动优化设计研究进展
1.3 本文主要研究内容
2 数值计算方法及优化平台集成
2.1 ANSYS-CFX软件简介
2.2 CFD数值计算方法
2.2.1 控制方程
2.2.2 湍流模型
2.2.3 网格划分
2.2.4 交界面处理方式
2.2.5 非定常数值计算方法
2.3 优化设计平台集成
2.3.1 试验设计
2.3.2 优化方法
2.3.3 优化平台搭建
2.4 本章小结
3 LISA 1.5级涡轮非定常现象研究
3.1 叶型简介
3.2 数值计算
3.3 计算结果分析
3.3.1 总体气动性能分析
3.3.2 叶排与尾迹的干涉
3.3.3 各叶排非定常特性分析
3.4 本章小结
4 “时间相关边界条件”方法论述及验证
4.1 引言
4.2 “时间相关边界条件”方法简介
4.3 “时间相关边界条件”方法验证
4.4 本章小结
5 基于非定常计算的单排静叶周向积叠线气动优化设计
5.1 引言
5.2 优化算例
5.3 优化结果分析
5.3.1 优化叶片单排非定常气动性能分析
5.3.2 优化叶片在1.5级环境中气动性能分析
5.3.3 优化前后1.5级涡轮特性曲线分析
5.4 本章小结
结论
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]高负荷低压涡轮内部非定常流动机理及其控制策略研究进展[J]. 朱俊强,屈骁,张燕峰,卢新根,李伟. 推进技术. 2017(10)
[2]某跨音速气冷涡轮三维气动优化设计研究[J]. 唐晓雷,罗磊,温风波,周逊,王松涛. 汽轮机技术. 2016(06)
[3]动静干涉下涡轮叶栅内部涡系结构分析[J]. 杨彤,冯国泰. 汽轮机技术. 2013(05)
[4]一级半透平级叶片型线的气动优化设计研究[J]. 李少军,李军,龚存忠,丰镇平. 汽轮机技术. 2011(06)
[5]一级半轴流式透平的非定常流动干涉与时序效应[J]. 石,邓清华,李军,丰镇平. 动力工程. 2009(02)
[6]燃气涡轮叶栅的周向积叠规律优化设计[J]. 赵洪雷,佟勇. 燃气涡轮试验与研究. 2009(01)
[7]考虑冷气掺混的涡轮分层次气动优化设计体系[J]. 温风波,王松涛,冯国泰,赵洪雷,王仲奇. 工程热物理学报. 2008(08)
[8]基于遗传算法与近似模型的全局气动优化方法[J]. 薛亮,韩万金. 推进技术. 2008(03)
[9]叶轮机械全三维粘性气动优化设计系统[J]. 高学林,袁新. 中国电机工程学报. 2006(04)
[10]气动优化设计中的进化计算[J]. 丰镇平,李军,任斌,宋立明. 上海汽轮机. 2003(01)
博士论文
[1]航空轴流涡轮的多级气动优化设计及气动性能研究[D]. 赵洪雷.哈尔滨工业大学 2007
[2]弯曲叶片控制扩压叶栅二次流动的实验研究[D]. 钟兢军.哈尔滨工业大学 1996
硕士论文
[1]径流叶轮机械参数化造型方法研究[D]. 王继磊.大连理工大学 2018
[2]轴流压气机单通道内流数值模拟方法研究[D]. 王子维.中国空气动力研究与发展中心 2016
[3]高性能涡轮叶栅非定常流动性能分析[D]. 李松.哈尔滨工程大学 2011
[4]基于多目标遗传算法的轴流压气机气动优化设计技术研究[D]. 丁伟.西北工业大学 2006
本文编号：3154855
【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】：62 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 涡轮内部非定常流动现象研究现状
1.2.2 叶片气动优化设计研究进展
1.3 本文主要研究内容
2 数值计算方法及优化平台集成
2.1 ANSYS-CFX软件简介
2.2 CFD数值计算方法
2.2.1 控制方程
2.2.2 湍流模型
2.2.3 网格划分
2.2.4 交界面处理方式
2.2.5 非定常数值计算方法
2.3 优化设计平台集成
2.3.1 试验设计
2.3.2 优化方法
2.3.3 优化平台搭建
2.4 本章小结
3 LISA 1.5级涡轮非定常现象研究
3.1 叶型简介
3.2 数值计算
3.3 计算结果分析
3.3.1 总体气动性能分析
3.3.2 叶排与尾迹的干涉
3.3.3 各叶排非定常特性分析
3.4 本章小结
4 “时间相关边界条件”方法论述及验证
4.1 引言
4.2 “时间相关边界条件”方法简介
4.3 “时间相关边界条件”方法验证
4.4 本章小结
5 基于非定常计算的单排静叶周向积叠线气动优化设计
5.1 引言
5.2 优化算例
5.3 优化结果分析
5.3.1 优化叶片单排非定常气动性能分析
5.3.2 优化叶片在1.5级环境中气动性能分析
5.3.3 优化前后1.5级涡轮特性曲线分析
5.4 本章小结
结论
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]高负荷低压涡轮内部非定常流动机理及其控制策略研究进展[J]. 朱俊强,屈骁,张燕峰,卢新根,李伟. 推进技术. 2017(10)
[2]某跨音速气冷涡轮三维气动优化设计研究[J]. 唐晓雷,罗磊,温风波,周逊,王松涛. 汽轮机技术. 2016(06)
[3]动静干涉下涡轮叶栅内部涡系结构分析[J]. 杨彤,冯国泰. 汽轮机技术. 2013(05)
[4]一级半透平级叶片型线的气动优化设计研究[J]. 李少军,李军,龚存忠,丰镇平. 汽轮机技术. 2011(06)
[5]一级半轴流式透平的非定常流动干涉与时序效应[J]. 石,邓清华,李军,丰镇平. 动力工程. 2009(02)
[6]燃气涡轮叶栅的周向积叠规律优化设计[J]. 赵洪雷,佟勇. 燃气涡轮试验与研究. 2009(01)
[7]考虑冷气掺混的涡轮分层次气动优化设计体系[J]. 温风波,王松涛,冯国泰,赵洪雷,王仲奇. 工程热物理学报. 2008(08)
[8]基于遗传算法与近似模型的全局气动优化方法[J]. 薛亮,韩万金. 推进技术. 2008(03)
[9]叶轮机械全三维粘性气动优化设计系统[J]. 高学林,袁新. 中国电机工程学报. 2006(04)
[10]气动优化设计中的进化计算[J]. 丰镇平,李军,任斌,宋立明. 上海汽轮机. 2003(01)
博士论文
[1]航空轴流涡轮的多级气动优化设计及气动性能研究[D]. 赵洪雷.哈尔滨工业大学 2007
[2]弯曲叶片控制扩压叶栅二次流动的实验研究[D]. 钟兢军.哈尔滨工业大学 1996
硕士论文
[1]径流叶轮机械参数化造型方法研究[D]. 王继磊.大连理工大学 2018
[2]轴流压气机单通道内流数值模拟方法研究[D]. 王子维.中国空气动力研究与发展中心 2016
[3]高性能涡轮叶栅非定常流动性能分析[D]. 李松.哈尔滨工程大学 2011
[4]基于多目标遗传算法的轴流压气机气动优化设计技术研究[D]. 丁伟.西北工业大学 2006
本文编号：3154855
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