轴流压气机叶片与端区一体化优化设计

发布时间：2017-10-09 08:40

  本文关键词：轴流压气机叶片与端区一体化优化设计

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【摘要】：压气机叶栅中的三维流动中，静叶的角区分离和二次流流动影响着叶栅内分离流动损失，同时也影响着压气机的稳定工作范围。很多研究表明非轴对称端壁造型技术的应用对附面层流动具有明显的控制作用，影响着叶栅内的损失分布和叶栅效率。随着三维计算流体力学和计算机以惊人的发展速度，越来越多的数值模拟手段以应用于轴流压气机的设计中去。计算机并行技术的发展对轴流压气机设计也起到相当大的作用。对压气机要求随之也是越来越高对设计者提出更为严格的设计基础知识。本文考虑入口来流附面层的情况下，以轴流压气机静叶叶栅为原型，基于NUMECA的三维优化设计平台Design3D进行优化设计，以神经网格与人工神经网格结合的优化方法，分别进行非轴对称端壁造型和不同弯曲方式与非轴对称端壁造型相结合的优化设计，探究非轴对称端壁造型对流场漩涡结构的影响，，在非轴对称端壁造型中引入正弯叶片探讨其降低总压损失的原理。本文主要进行以下几方面工作 首先，本文对所选轴流高负荷压气机具有60度折转角的静叶叶栅进行三维数值模拟，并与实验数据进行对比，证明FINE/TURBO商业计算软件可以预测该叶栅中的流场，验证该计算的可靠性。 其次，本文对压气机静叶叶栅进行参数化造型，介绍叶型参数化方法和本文中应用的端壁造型方法，在21个不同叶高处的吸力面和压力面型线进行参数化拟合，由21个截面处叶型按积叠线生成三维叶片。保证在叶片弯曲时可以平滑，连续过度。而端壁造型中以沿流向布置径向扰动点来生成曲面造型。通过对叶片以及端壁参数化拟合可以为之后的优化设计提供良好的设计变量。 最后，对分别进行非轴对称端壁造型和不同弯曲方式与非轴对称端壁造型相结合的优化结果进行分析，发现在大折转角叶栅中应用非轴对称端壁造型技术和非轴对称端壁结合弯叶片造型技术改变叶栅内的分离结构，减小附面层分离，以及使流场中的分离形式由闭式分离转向开式分离。非轴对称端壁造型下其出口截面总压损失降低10.9%，弯叶片结合非轴对称端壁造型下其总压损失峰值降低17%，出口截面总压损失降低13.5%。
【关键词】：轴流压气机叶片 遗传算法 人工神经网格 非轴对称端壁 弯叶片/非轴对称端壁联合造型
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH453
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 目录7-9
• 第1章 绪论9-19
• 1.1 研究目的及意义9
• 1.2 非轴对称端壁研究现状9-15
• 1.2.1 国外研究现状10-12
• 1.2.2 国内研究现状12-15
• 1.2.3 国内外文献综述的简析15
• 1.3 叶轮机械优化设计的研究现状15-17
• 1.4 论文的主要研究内容17-19
• 第2章 数值验证及优化方法介绍19-29
• 2.1 算法介绍19-23
• 2.1.1 遗传算法19-21
• 2.1.2 人工神经网格 BP(误差反传播)算法21-23
• 2.2 数值验证23-28
• 2.2.1 计算平台介绍23-24
• 2.2.2 环形静叶叶栅数值模拟24-25
• 2.2.3 数值计算结果与实验的比较25-28
• 2.3 本章小结28-29
• 第3章 非轴对称端壁优化设计29-49
• 3.1 引言29
• 3.2 非轴对称端壁造型方法29-30
• 3.3 优化设计方案30-32
• 3.4 优化结果分析32-48
• 3.4.1 二次流定义32-33
• 3.4.2 非轴对称端壁造型优化结果33-34
• 3.4.3 漩涡结构分析34-36
• 3.4.4 二次流矢量图分析36-41
• 3.4.5 轴向总压损失系数分析41-46
• 3.4.6 总压损失系数和出口气流角分析46-48
• 3.5 本章小结48-49
• 第4章 不同周向弯曲形式与端壁造型结合优化设计49-68
• 4.1 引言49
• 4.2 不同周向弯曲形式与端壁造型联合造型方法49-52
• 4.3 优化设计方案52-53
• 4.4 优化结果分析53-67
• 4.4.1 弯叶片造型联合非轴对称端壁造型优化结果53-55
• 4.4.2 集中脱落涡分析55-56
• 4.4.3 漩涡结构分析56-61
• 4.4.4 轴向压力损失系数和流线分析61-65
• 4.4.5 总压损失系数和气流角65-67
• 4.5 本章小结67-68
• 结论68-69
• 参考文献69-75
• 致谢75

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 伊卫林;黄鸿雁;韩万金;;模拟退火算法与响应面模型在压气机动叶优化设计中的应用[J];动力工程;2006年04期

2 李杨;欧阳华;杜朝辉;;低压轴流风机周向弯曲叶片顶部间隙流动的数值分析[J];动力工程;2006年05期

3 李杨,欧阳华,杜朝辉;周向弯曲低压轴流风机叶顶泄漏流动数值研究[J];工程热物理学报;2005年02期

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本文编号：999225