多级轴流压气机性能预测及导静叶调节优化

基于一维流动模型和复合形法/模拟退火法的优化算法,建立了多级轴流压气机性能预测和导静叶调节优化的方法,编制了相应的Python计算程序,获得了NASA-74A跨音速轴流压气机前三级的气动性能图及最优导静叶调节角度。结果表明:该压气机气动性能的预测结果与试验数据吻合较好,喘振边界预测较准;导静叶调节角度的组合优化使各转速下的最高效率提升明显。研究工作表明所建立的性能预测与调节优化方法具有一定的可靠性,对发展多级高负荷轴流压气机的先进气动设计体系及调节技术具有理论参考价值和重要工程应用意义。     

五级轴流压气机气动设计数值研究

针对某中档功率燃气轮机压气机部件气动性能需求,开展了五级轴流低压压气机气动设计技术数值研究。围绕提高效率和扩大喘振裕度两个根本问题,在气动设计的一维设计、S2通流设计、叶片造型等各个环节进行了参数筛选与性能优化,并通过Numeca软件和Denton程序全三维数值模拟性能确认,设计点气动性能满足并超过了指标要求。为了满足低速运行压气机喘振裕度要求,一维经验统计数值预测前面级导叶调节所能带来的喘振裕度拓展区间,并研究了几级联调的调节规律,以指导五级轴流压气机气动性能试验。本文研究提供了满足性能指标要求的全新五级轴流压气机气动设计,获得的扩喘导叶调节规律可供相似多级轴流压气机导叶联调参考。     

向心式压气机的数值模拟及优化

根据某一压气机级的设计要求,采用向心式结构,合理地设计向心式压气机的气动参数和叶型参数,然后采用ANSYS-geometry对叶片型线进行参数化设置,最后在Workbench平台上对此向心式压气机进行数值模拟和优化。根据数值模拟结果,分析其内部流场流动结构,找到向心式压气机的较优工况;再研究优化后该向心式压气机的总压比、效率随相对流量和转速变化的特性曲线,分析向心式压气机的变工况特性。     

多级轴流透平气动特性计算方法研究

在多级轴流透平子午面中线上建立1.5维欧拉方程组,其中叶片作用力、流体的黏性作用、冷气的作用以源项的形式考虑到方程中,控制方程采用一步时间推进TVD-LW格式进行离散和求解.计算结果表明,该方法能够预测多级轴流透平的平均气动参数分布和气动性能,具有快速、灵活的特点,可以用于求解透平的特性曲线或进行气动优化.     

多级轴流压气机三维数值优化设计

开发了利用非均匀有理B样条对叶轮机械三维叶片进行参数化重构的叶片造型模块和提供多种优化方法的优化模块;集成上述模块以及自主开发的网格生成软件和流场求解软件,建立了压气机气动数值优化平台.在该平台上对某5级轴流压气机末级静子进行了气动数值优化设计,取得了良好的优化效果,压气机性能得到有效提高.     

某五级轴流压气机性能分析

基于一套S2流面流线曲率法通流计算程序对某五级轴流压气机进行了性能分析。该程序在包含常用的叶珊特性计算模型的同时,为了反映压气机内部复杂流动的影响,引入了考虑到端壁剪切力修正的径向掺混模型和能够根据不同工况激波结构计算损失的复杂激波模型。通过与实验数据的对比结合CFD计算结果,表明该程序能够基本准确预测某五级轴流压气机的运行特性和气动布局参数,验证了该压气机性能基本达到设计要求。同时为该压气机进一步优化提供了参考。     

多级轴流压气机全工况特性计算

本文使用三维粘性流动计算软件Fine／Numeca,对某十五级轴流压气机进行了内流流场和全工况特性的数值计算尝试。分析了该压气机在设计工况和非设计工况的性能,同时把整机计算结果和前七级叶片的计算结果进行了比较。计算结果表明,当计算的级数较少时,目前的软件和硬件平台可以比较合理地预测压气机的全工况特性;而当计算的级数较多时,准确的数值模拟仍需要更为准确的多级模型和数值方法。     

多级轴流压气机通流造型一体化设计研究

多级轴流压气机气动设计的核心是S2通流设计和叶片造型设计。为了提高设计效率、降低时间成本,研究开发了多级轴流压气机通流、造型一体化设计方法。通过将S2通流设计反问题与叶片造型耦合联结,一体化设计获取压气机气动流场参数和流道、叶片几何,并直接与全三维数值模拟相衔接,可快速得到基本满足目标需求的初始设计。通过一体化反演设计具有设计数据与试验结果的美国E~3十级高压压气机前六级,其设计点的流量、绝热效率误差范围均在2.5%内,具有较好的工程精度,验证了研发的多级轴流压气机通流造型一体化设计的有效性与实用性。     

轴流风扇叶型多工况点气动优化设计

某型轴流风扇采用经典的NACA65叶型,在设计工况下气动性能良好,但它的许可攻角范围较小,非设计工况性能下降明显。本文将叶型几何参数化方法、叶型气动性能的薄剪切层流动预测方法与梯度寻优算法相结合,建立了能综合权衡多工况点叶型气动性能的自动优化方法。应用结果表明,单攻角优化效果不明显;多攻角优化后在设计点气动性能变化不大,但在非设计工况有明显提升,攻角范围增加了12.8%;多雷诺数优化与多马赫数优化同样能得到较好的优化叶型。     

跨音速轴流压气机级三维粘性流场全工况数值模拟

采用一种快速求解三维粘性流场的计算方法求解跨音速轴流压气机级内部流场及全工况特性。该方法以LU-SGS-GE隐式格式和MUSCL TVD迎风格式为基础,结合壁面函数方法和简单的混合长度湍流模型,对三维可压缩雷诺平均Navie-Stokes方程进行求解。叶列间参数的传递采用混合平面方法并应用了微机网络并行计算技术。计算得到了NASA 37号低展弦比、跨音速轴流压气机级70％设计转速下的全工况性能曲线,并重点分析了其中一些典型工况下的内部流场。计算与实验结果的对比表明此方法能快速得到三维粘性流场的流动特性且计算精度较高,可用来模拟跨音速轴流压气机级内的全工况三维粘性流动。     

风扇/增压级非设计工况特性分析

本文对某涡扇发动机风扇-外涵道-内涵道整体进行三维定常数值模拟,对内外涵道在设计转速下的流量特性和非设计工况下的气动性能进行了分析。得到内外涵道的稳定工作区域以及在内外涵道堵塞和近失速点的流场信息,为风扇／增压级整体结构的性能评估和优化设计提供了一定的依据。     

三维跨音速压气机叶栅多目标气动优化设计

提出了一种多目标差分进化算法(MDE),典型函数试验结果表明该算法具有优秀的多日标寻优能力,满足多目标气动优化设计的要求.耦合并行多目标差分进化算法、三次B样条曲面造型方法和CFD求解技术,提出了新的轴流式叶轮机械叶栅三维多目标气动优化设计方法.选择等熵效率和总压比为目标函数,完成了NASA Rotor37转子叶栅的多目标气动优化设计.优化后叶栅的气动性能明显提高,表明该方法具有良好的优化性能和应用前景.     

神经网络的非设计点损失落后角模型在流场诊断中的应用

１前言流场诊断技术是利用部分实测结果并配以若干简化数值计算软件,判断并得出尽可能多的流场信息的一门综合技术［１］、对于多级轴流压气机,由少数易于测量的部位的流场参数,例如进出口全部参数及部分外端壁静压值,推算出其它部位流场参数,是流场诊断技术的典型示例。当压气机远离设计点工作时,其流场中存在着严重的粘性效应,即分离和旋涡,较为通用的损失与落后角模型迄今尚未见到。本文利用神经网络的映射特性来重新关联实验数据,获得了新的基于神经网络的非设计点损失与落后角模型,将流场诊断技术推广到了压气机非设计点。流…     

叶型中弧线的最大弯度位置对跨音速压气机叶片性能影响的研究

本文研究与分析了叶型中弧线的最大弯度位置对跨音速压气机叶片气动性能的影响。采取了注重流动机理的优化方法,对本文算例的风扇叶片进行了优化,改进后所得的叶片的效率比原设计有了较大的提高。     

压气机特性通用数学表达式

压气机特性通用数学表达式张娜，林汝谋，蔡睿贤（中国科学院工程热物理研究所／北京１０００８０）关键词压气机，特性线１引言求解燃气轮机全工况问题首先要涉及部件特性和负荷特性的描述。各部件中，压气机实验花费昂贵，特性线数据一般很少公开发表。即便已掌握了特性...     

Aerodynamic design optimization by using a continuous adjoint method

This paper presents the fundamentals of a continuous adjoint method and the applications of this method to the aerodynamic design optimization of both external and internal flows.General formulation of the continuous adjoint equations and the corresponding boundary conditions are derived.With the adjoint method,the complete gradient information needed in the design optimization can be obtained by solving the governing flow equations and the corresponding adjoint equations only once for each cost function,regardless of the number of design parameters.An inverse design of airfoil is firstly performed to study the accuracy of the adjoint gradient and the effectiveness of the adjoint method as an inverse design method.Then the method is used to perform a series of single and multiple point design optimization problems involving the drag reduction of airfoil,wing,and wing-body configuration,and the aerodynamic performance improvement of turbine and compressor blade rows.The results demonstrate that the continuous adjoint method can efficiently and significantly improve the aerodynamic performance of the design in a shape optimization problem.     

弯曲动叶对跨音轴流压气机性能的影响

对具有弯曲动叶的跨音轴流压气机性能的数值研究表明,反弯曲动叶中通道激波沿径向倾斜角度最大,在顶部移向下游,在中部移向前缘,提高了失速裕度,但也增加了中部损失,反弯曲动叶级效率最低。正弯曲动叶中通道激波在顶部前移,失速裕度下降,通道激波近似为径向,负荷沿叶高分布均匀,气动效率最高。通道激波位置合理分布是弯曲动叶改型设计成功的关键。     

高压比离心压气机叶片扩压器设计准则研究

本文对某带叶片扩压器的高压比离心压气机进行数值研究,提出Vt和Vm沿子午流道规律变化的叶片扩压器气动参数设计准则,采用该设计准则的优化结果表明,在保持原型扩压器进出口半径的条件下,压气机压比基本不变,但最高效率提高1.55%,工作裕度扩宽22.22%。同时,本文提供气动参数设计准则相应的快速优化设计流程。该气动设计准则可为类似的高压比离心压气机叶片扩压器设计、优化提供指导与参考。