涡轮冷却叶片结构网格参数化方法研究

发布时间：2017-10-04 08:43

  本文关键词：涡轮冷却叶片结构网格参数化方法研究

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【摘要】：涡轮叶片是航空发动机中承担着将热能转换为机械能的重要部件之一,长期处于高温高压的工作环境。因此叶片形体边界复杂、冷却结构繁多,进行模型建立、计算域分区、结构化网格生成时工作量大。本文通过对叶片结构和特征的分析,定义几何形体表达的基本要素及布尔运算方法,将几何参结构数与拓扑结构对应说明,对涡轮叶片的设计参数进行模型构造;根据模型的几何特征,概括出具有通用性的简单规则计算域的分块方法,结合叶片的物理特性、边界条件,对复杂冷却结构区域进行详细划分说明,拟定叶片外流域计算域分区策略并抽象成方法,将其制成模板集成在软件中;按照分区策略进行划分得到的计算块集合,根据设置的网格步长,在每个计算块中分别通过无限插值法进行结构化网格生成,复杂结构之间的块与块邻接表面(该表面两侧可能存在网格节点不对应的问题)设置为交接面,以解决此表面两侧可能存在的网格节点不对应的问题,并将各部分的网格信息集中起来即可得到涡轮叶片外流域整体网格;最后将上述方法,利用软件程序实现涡轮叶片得参数化造型和计算域自动分区,以及结构化网格的生成。文中从三个方面进行涡轮冷却叶片网格的自动化生成。参数化造型,通过计算机程序对读入的叶片设计参数xml文件进行解析,给出特征参数对应的几何形体,实现了构造变截面叶片模型的功能。对于每一个设计参数都能进行对象属性的调整;计算域划分策略,根据解析给出的特征参数参数化产生的叶片几何体,将叶片计算区域划分为燃气外流体域、叶片固体域以及冷气内流域,能够满足对象计算域内结构化网格生成的条件。计算域分区策略可以根据叶片参数的改变而改变,也可以由用户自定义进行调整;结构化网格的生成,实现对叶片造型结构的网格自动生成,网格要求为结构化网格。采用传统的贴体网格产生方法,即基于坐标系变换的代数方程产生节点的方法(TFI),并且可以控制网格的步长。
【关键词】：涡轮叶片 参数化 建模 计算域分区 结构化网格生成
【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】：2016
【分类号】：V232.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-12
• 第一章 绪论12-20
• 1.1 研究背景及意义12-13
• 1.2 国内外研究现状13-18
• 1.2.1 参数化造型14-15
• 1.2.2 涡轮叶片基本冷却方式15-16
• 1.2.3 结构化网格的生成16-18
• 1.3 本文主要内容18-20
• 第二章 结构化网格分区和算法基础20-36
• 2.1 结构化网格生成方法20-28
• 2.1.1 保角变换法20
• 2.1.2 代数生成法20-27
• 2.1.3 微分方程法27
• 2.1.4 网格优化技术27-28
• 2.2 简单结构分区策略28-30
• 2.2.1 计算域分区策略28-29
• 2.2.2 矩形截面计算域分块策略29
• 2.2.3 圆形截面计算域分块策略29-30
• 2.2.4 具有单个圆孔的矩形截面计算域分块策略30
• 2.3 网格自动划分方法30-35
• 2.3.1 模型表达方法30-32
• 2.3.2 多块网格自动划分32-33
• 2.3.3 网格自动生成的基本过程33-35
• 2.4 本章小结35-36
• 第三章 涡轮叶片结构分析和参数化分区设计36-56
• 3.1 涡轮叶片的结构与分析36-38
• 3.1.1 涡轮叶片几何参数36-37
• 3.1.2 涡轮叶片拓扑特征37-38
• 3.2 涡轮叶片参数化造型38-41
• 3.2.1 涡轮叶片叶身型面造型方法38-40
• 3.2.2 扰流柱/气膜孔参数化造型40
• 3.2.3 纵向肋（隔板）参数化造型40-41
• 3.2.4 叶片结构造型过程41
• 3.3 涡轮叶片外流场分区定义41-50
• 3.3.1 涡轮叶片外流场区域划分原理41-44
• 3.3.2 外流场区域整体划分44
• 3.3.3 外流场中前缘区域的划分44-47
• 3.3.4 外流场中隔板区域的划分47-48
• 3.3.5 外流场中扰流柱区域的划分48-49
• 3.3.6 外流场中叶身气膜孔区域的划分49
• 3.3.7 外流场中尾缘区域的划分49-50
• 3.4 涡轮叶片内流及固体域分区定义50-55
• 3.4.1 涡轮叶片内流及固体区域划分原理50-51
• 3.4.2 内流及固体域中前缘区域的划分51-52
• 3.4.3 内流及固体域中中间区域的划分52-53
• 3.4.4 内流及固体域中尾缘区域的划分53-55
• 3.5 本章小结55-56
• 第四章 程序设计及软件实现56-87
• 4.1 复杂形体参数化造型基本要素56-62
• 4.1.1 点56-57
• 4.1.2 线57-59
• 4.1.3 面59-61
• 4.1.4 体61-62
• 4.2 涡轮叶片参数化建模实现62-71
• 4.2.1 涡轮叶片叶身外形参数化造型62-64
• 4.2.2 涡轮叶片叶身内形参数化造型64-67
• 4.2.3 纵向肋（隔板）参数化造型67-68
• 4.2.4 扰流柱参数化造型68-70
• 4.2.5 气膜孔参数化造型70-71
• 4.3 涡轮叶片计算域分区实现71-73
• 4.3.1 分区单元数据结构71-72
• 4.3.2 涡轮叶片分区产生72-73
• 4.4 涡轮叶片的网格划分实现73-78
• 4.4.1 形体表达的数据结构73-74
• 4.4.2 基本算法流程74-75
• 4.4.3 网格划分实例75-78
• 4.5 软件实现78-86
• 4.5.1 设计目标78
• 4.5.2 界面设计78-80
• 4.5.3 功能概述80-86
• 4.6 本章小结86-87
• 第五章 总结与展望87-89
• 5.1 总结87-88
• 5.2 展望88-89
• 参考文献89-92
• 致谢92-93
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文93

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本文编号：969727