压气机叶型粘性反问题设计方法研究

发布时间：2017-11-25 06:15

本文关键词：压气机叶型粘性反问题设计方法研究

【摘要】：提高压气机和涡轮的气动性能是自燃气轮机问世以来叶轮机械研究领域和工业界持续追求的主要目标之一。为此国内外发展了多种正问题优化和反问题叶型气动设计方法。本文基于数值求解N-S方程和壁面压力残差修正,通过给定叶型表面目标压力分布,发展了一种二维压气机叶型粘性反问题设计方法,并以某型F级地面重型燃气轮机压气机某级动叶和静叶叶中叶型为算例进行了验证。正问题流场计算和分析使用自主开发的二维粘性N-S方程求解程序,包括网格划分、N-S方程求解和后处理三个模块,计算采用H型结构化网格和B-L代数湍流模型。为验证程序的准确性,首先对网格划分方案进行了对比筛选,通过对叶栅流量、总压损失系数、气流折转角、静压比及叶型表面压力分布的对比分析,确定了合理的网格分布方案。在此基础上,分别对评价叶栅气动性能的两个重要指标：总压损失系数-攻角特性和气流折转角-攻角特性,将正问题求解结果与商用软件的计算结果及平面叶栅实验结果进行了对比：并以静叶叶型为例,对其在不同攻角下的压力分布与商用软件的计算结果进行了对比,验证了自主开发程序的可靠性。叶型壁面修正由正问题计算所得表面压力分布与目标压力分布残差修正的反复迭代实现。该反问题设计方法由陈乃兴研究员提出和发展,并在透平叶栅吸力面局部修正中得到了有效验证。本文首先通过对压力松弛因子、收敛准则的合理选取将该方法推广应用于压气机动、静叶叶型吸力面局部修正的反设计,验证了其对压气机叶型的适用性和有效性。进一步,推导得出了压力面壁面修正方程,并编制程序代码,将反设计程序扩展至压力面局部修正,通过对动、静叶叶型压力面局部修正的反设计验证了程序的正确性；同时,实现了叶型吸力面与压力面同时进行局部修正的反设计。在叶型局部修正方法的基础上,改进了计算网格的划分和目标压力在网格节点上的插值方法,实现了对包含前缘、尾缘的吸力面和压力面整体叶型进行反设计修正。修正过程中保持叶型轴向坐标最小点和最大点不变,分别对叶型吸力面整体平移、压力面整体平移以及吸力面和压力面同时整体平移的初始叶型进行反设计修正,反设计得到了与目标叶型一致的几何型线、压力分布和气动性能,验证了改进后的反问题设计方法对叶型整体修正的有效性。
【学位授予单位】：中国科学院研究生院（工程热物理研究所）
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH453

【参考文献】

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