离心压气机叶片反问题设计方法研究

发布时间：2017-08-30 03:33

  本文关键词：离心压气机叶片反问题设计方法研究

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【摘要】：反问题设计方法基于叶片几何和流动参数之间的关系,通过给定流动参数分布实现目标造型求解,相比于正问题设计方法,反问题设计方法具有设计方向明确、对设计经验依赖较少、设计周期短等优点。离心压气机内部流动及流场参数分布复杂,由于反问题设计方法实现了对流动参数的控制,应用于离心压气机叶片具有较高设计效率。本文基于冯·卡门研究所提出的轴流叶片反问题设计思路,考虑离心压气机叶片结构特点以及内部强三维流动特征,构建了适用于离心压气机叶片的三维反问题设计方法,并应用于离心压气机转子叶片优化设计,主要研究工作概述如下:1.压气机叶片反问题设计方法关键原理分析与验证从离散相容关系式出发分析了可渗透壁面边界的原理,基于单元体净流通为零的思想分析了流线追踪技术的原理。以离心压气机转子叶片为算例,通过对比相同壁面压力下正问题和反问题计算结果的流场一致性,检验了可渗透壁面边界条件用于离心压气机反问题计算的适用性。2.适用于强三维流动特征的离心压气机转子叶片反问题求解方法研究通过理论与数值计算分析,发现离心压气机转子内滑移效应和展向流动等强三维特征导致近叶片流线会偏离叶片壁面,使得基于冯·卡门研究所提出的无粘流线与叶片重合的方法进行离心叶轮叶片型面反问题求解出现固有偏差。为解决这一问题,本文提出并研究了基于正、反问题计算流场中近壁面流线关系的三维壁面求解方法。3.研究适合于离心压气机叶片结构特点的反问题设计方法以叶片载荷和厚度为给定参数,构建了离心压气机叶片反问题设计流程,实现了叶片几何约束,并通过算例测试验证了该方法的有效性。基于离心压气机转子做功增压原理,将叶片表面压力解耦为折算叶型压力和折算离心压力,提出离心压气机转子叶片载荷的优化应针对体现叶型载荷的折算叶型压力。为便于反问题设计参数的给定,基于Bezier曲线进行了压力分布的参数化,并提出了初步的载荷分布优化原则。4.离心压气机转子叶片反问题优化设计利用本文构建的离心压气机叶片反问题设计方法,对Krain叶轮分别进行无粘、粘性反问题改进设计。相比于初始叶轮,经过无粘反问题设计得到的新叶轮在无粘计算条件下,效率提升0.48%,总压比提升1.05%;在粘性计算条件下,效率提升1.08%,总压比提升0.87%。相比于初始叶轮,经过粘性反问题设计得到的新叶轮在粘性条件下,效率提升1.38%,总压比提升1.05%。
【关键词】：离心压气机 反问题设计方法 数值计算 三维流动 叶型载荷 改进设计
【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】：2016
【分类号】：V232.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-13
• 第一章 绪论13-22
• 1.1 研究的背景及意义13-14
• 1.2 离心压气机内部流动研究进展14-17
• 1.3 压气机叶片反问题设计方法研究进展17-20
• 1.3.1 国外的研究进展17-18
• 1.3.2 国内的研究进展18-19
• 1.3.3 离心压气机叶片反问题设计技术19-20
• 1.4 本文研究目标和内容20-22
• 1.4.1 研究目标20
• 1.4.2 研究内容20-22
• 第二章 压气机叶片反问题设计关键原理分析与验证22-33
• 2.1 压气机叶片无粘反问题设计流程22-23
• 2.2 可渗透壁面边界条件23-26
• 2.3 可渗透壁面边界条件在离心压气机中的适用性检验26-30
• 2.3.1 数值计算条件设置27-28
• 2.3.2 离心压气机转子叶片反问题流场正确性分析28-30
• 2.4 基于流面追踪求解叶片型面的原理30-32
• 2.5 本章小结32-33
• 第三章 适应于强三维流动特征的反问题叶片求解方法研究33-46
• 3.1 给定正问题压力的轴流压气机叶片反问题求解效果分析33-35
• 3.2 给定正问题压力的离心压气机转子反问题求解效果分析35-40
• 3.2.1 基于离心压气机转子反问题流场的叶片求解结果分析35-38
• 3.2.2 基于离心压气机转子正问题流场的叶片求解结果分析38-40
• 3.3 离心压气机转子内部强三维流动特征分析40-43
• 3.4 基于正、反问题计算流场中近壁面流线关系的三维壁面求解方法43-44
• 3.5 本章小结44-46
• 第四章 离心压气机叶片反问题设计目标参数给定方法研究46-63
• 4.1 离心压气机叶片反问题设计流程46-50
• 4.1.1 叶片载荷和厚度作为给定参数的可行性分析46-47
• 4.1.2 离心压气机叶片无粘反问题设计流程47-48
• 4.1.3 离心压气机叶片粘性反问题设计流程48-50
• 4.2 离心压气机叶片厚度约束方法50-54
• 4.3 离心压气机转子叶片表面压力及载荷分析54-61
• 4.3.1 叶片表面压力解耦54-58
• 4.3.2 离心压气机叶片反问题设计目标参数的给定策略58-60
• 4.3.3 基于Bezier曲线的压力参数化60-61
• 4.4 本章小结61-63
• 第五章 离心压气机转子叶片反问题优化设计63-81
• 5.1 初始叶轮性能分析63-67
• 5.1.1 Krain叶轮的无粘性能分析65-66
• 5.1.2 Krain叶轮的粘性性能分析66-67
• 5.2 Krain叶轮叶片无粘反问题改进设计67-74
• 5.2.1 目标参数给定67-69
• 5.2.2 反问题流场计算及叶片造型求解69-70
• 5.2.3 无粘条件下改进叶轮与初始叶轮的性能对比70-72
• 5.2.4 粘性条件下优化叶轮与初始叶轮的性能对比72-74
• 5.3 Krain叶轮叶片粘性反问题改进设计74-79
• 5.3.1 目标参数给定74-77
• 5.3.2 反问题流场计算与叶片造型求解77-78
• 5.3.3 优化叶轮与初始叶轮的性能对比78-79
• 5.4 本章小结79-81
• 第六章 总结与展望81-83
• 6.1 总结81-82
• 6.2 展望82-83
• 参考文献83-87
• 致谢87-88
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文88

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 刘昭威;吴虎;唐晓毅;;基于反问题设计方法的叶栅激波损失控制[J];推进技术;2014年06期

2 田晓平;苏莫明;李密;;离心叶轮中滑移系数的研究与评估[J];机械制造;2013年02期

3 杨魏;王宏;吴玉林;;离心风机叶轮三维反问题气动优化设计[J];农业机械学报;2012年09期

4 朱阳历;王正明;陈海生;谭春青;;叶片全三维反问题优化设计方法[J];航空动力学报;2012年05期

5 孙志刚;胡良军;何平;李文;谭春青;;Eckardt叶轮二次流与射流尾迹结构研究[J];工程热物理学报;2011年12期

6 王宏亮;席光;;离心压气机叶轮多学科优化设计方法研究[J];工程热物理学报;2010年11期

7 李颖晨;杨佃亮;高志明;丰镇平;;透平叶栅三维形状反问题研究[J];工程热物理学报;2007年01期

8 刘厚林;谈明高;袁寿其;吴贤芳;杨凤鸽;;离心泵滑移系数精度的比较[J];排灌机械;2006年06期

9 周正贵;汪光文;;基于数值优化方法的离心压气机工作轮气动设计[J];航空学报;2006年01期

10 温泉,梁德旺;厘米级向心涡轮的三维流动特征分析[J];推进技术;2004年04期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 陈杰;跨声速微型斜流压气机设计方法研究[D];南京航空航天大学;2010年

中国硕士学位论文全文数据库 前4条

1 龚义朝;离心式压气机内部流场模拟分析及叶轮结构参数优化[D];大连交通大学;2013年

2 邓飞;先进涡轴发动机总体性能设计研究[D];南京航空航天大学;2013年

3 刘文亮;压气机叶片三维反问题设计技术研究[D];南京航空航天大学;2012年

4 庞雷;滑移系数对离心泵外特性的影响分析[D];山东大学;2009年

，

本文编号：757055