基于离散伴随方法的透平叶栅反设计

研究构建了基于离散伴随方法的叶轮机械叶栅气动反设计系统,将离散伴随系统从无黏环境扩展到了黏性环境,编程实现了黏性离散伴随求解器;改善了叶栅参数化方式并重新编程实现了叶栅参数化程序,解决了叶栅参数化过程中叶栅尾缘附近区域型线波动的问题。利用该系统对某二维跨声速透平叶栅在给定叶型壁面目标压力分布的情况下,通过构造目标函数将叶栅反设计问题转化为气动优化设计问题,成功进行了气动压力反设计。结果证明本文建立的叶栅反设计系统能够有效进行压力反设计,验证了本文建立的基于离散伴随方法叶轮机械叶栅气动反设计方法的正确性与有效性。     

旋成面叶栅一些杂交气动命题的新解法(Ⅰ)

本文提出了叶栅气动反命题和A型、C型及D型杂交命题的新解法。为此,引进了一种新的映象平面ξ-η。重点论述了C型杂交命题——设计出具有给定厚度分布和凸面流速分布的叶栅——的求解方法。这种新解法的优点是能更好地处理钝头叶型,也适宜与叶栅最优化理论配套使用,特别是它还易于推广到三元叶栅的杂交命题上去。     

弱化激波涡轮叶栅研究

激波问题严重影响超/跨音涡轮气动性能、冷却特性和结构完整性,因而,弱化激波设计是高负荷涡轮研究的热点之一。针对这一问题,本文以两个典型超/跨音涡轮叶栅为例,以伴随方法寻优为手段,给定流量和出口气流角约束,在不同工况点下进行优化,并对比研究变工况特性、流动特征和造型参数,探索弱化激波涡轮叶栅设计技术及规律。     

跨声速平面叶栅多工况点反命题变分理论：人工来流振荡模型

本文首先提出一个新的‘人工来流振荡’模型,在此基础上建立了跨声速叶栅多工况点气动反命题的变域变分理论,可以保证叶栅在相当广阔的变工况范围内都能保持优良的运行特性。本理论的突出优点是可较直捷地推广到全三维流动和有旋流动中去,因而具有广阔的发展与应用前景。     

离心压气机回流器三维气动优化设计

回流器作为多级离心压气机两级间非常重要的连接部件,其内部的二次流动十分显著。回流器的设计目标是以尽可能小的损失对上一级出口气体进行整流,减小下级叶轮进口处的流场畸变。本文通过对回流器流道和整流叶栅进行参数化建模,采用多岛遗传算法对某多级离心压气机回流器进行基于N-S方程数值求解的三维气动优化设计,着力于提高变工况条件下回流器的级等熵效率以及使变工况条件下回流器的出口气流角尽可能均匀。     

天然气管线四级离心压缩机级间气动影响研究

本文以某天然气管线用四级离心压缩机为研究对象,通过数值分析压缩机在整机模型、逐级叠加模型和单独模型下的流场和气动性能,研究多级离心压缩机的级间气动影响规律及作用机制。结果表明,在设计工况下,逐级叠加模型的预测精度具有一定的可信度,而在非设计工况下,级间气动影响显著,逐级叠加模型得到的整机总压比低于整机模型;相对于单独模型,整机模型的第二级进口相对马赫数和气流角沿叶高方向分布更为不均,在近喘工况尤为明显;级间影响会破坏通流区流动稳定性,在多级离心压缩机设计过程中应充分考虑级间影响。研究工作对深入了解级间气动影响并完善多级离心压缩机气动性能预测模型具有参考价值。     

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。     

任意旋成面叶栅A类气动杂交命题周角函数型变分有限元解

一、前言 叶栅杂交型气动命题的基本特征是:叶片表面边界条件由几何性质条件和气动性质条件两部分组成,所以它是常规正、反命题的统一和推广,能更好地满足叶栅设计与气动分析的各种需要.A类杂交命题是根据生产中对叶片作局部改型设计的需要而提出的.它只要求预先给定叶片表面的部分形状,其余部分则规定压力(或速度)分布,形状待定.     

叶轮机械叶栅多目标多学科设计优化算法

提出了基于多目标寻优的叶轮机械叶栅多学科设计优化算法,方法包括:采用并行多目标差分进化算法作为优化求解器来搜寻叶栅多学科设计优化问题的Paxeto解集,采用非均匀B样条方法对叶片型面进行参数化处理,通过求解Reynolds-Avergaed Navier-Stokes方程评估叶片的气动性能,耦合气动计算得到的叶片表面压力,应用有限元分析方法预测叶片的强度性能.为证明本文方法的实用性,选择叶片的等熵效率和叶片应力为目标函数,完成了NASA Rotor 37转子叶栅的多学科设计优化,结果表明本文提出的多学科设计优化算法具有良好的优化性能.     

CAES离心压缩机可调扩压器调节规律研究

离心压缩机是压缩空气储能系统中关键设备之一,需具备在较宽流量、压力范围内高负荷高效率运行的能力。作为一种变工况调节技术,可调扩压器可以扩大压缩机工作流量范围,改善气动性能。因此,本文以某压缩空气储能系统用离心压缩机为研究对象,通过数值计算方法研究了可调扩压器调节时压缩机性能变化规律。结果表明采用可调扩压器可以有效拓宽压缩机运行特性,工作流量范围扩大44%,压比范围扩大25%.此后,本文采用Kriging模型获得了压缩机综合性能曲线图和不同储能工况需求下扩压器的调节方案及规律,为压缩空气储能系统离心压缩机变工况主动控制提供了依据。     

任意空间曲面三元叶轮叶片厚度对气动性能的影响

以任意空间曲面三元闭式叶轮为对象,研究了不同展向和流向叶片厚度分布方案对离心压缩机气动性能的影响。数值结果表明:对等厚叶片沿展向和流向进行合理地削薄,均能在基本不改变小流量工况性能的情况下,显著提升大流量工况的性能。展向削薄叶片和流向削薄叶片带来的性能提升幅度可以叠加,通过组合叶片厚度分布改型,本文压缩机设计工况点等熵效率提升了约2.08%。相比于沿流向削薄前缘和尾缘厚度,沿展向削薄叶尖厚度具有更大的性能提升能力。研究工作为三元闭式离心压缩机叶轮的优化设计提供了有益的参考。     

某型低压涡轮导向器叶栅改型实验研究

实验研究了不同冲角下子午流道具有较大扩张角的某型低压涡轮导向器原型和改型叶栅的气动性能。结果表明,通过改变端壁型线扩张规律及三维叶型积迭线,改型叶片表面静压分布更加合理,叶栅的流动损失显著减小,流场结构得到明显改善,叶栅气动性能的提高表明改型是成功而且有效的。     

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.     

变稠度大折转角弯曲扩压叶栅数值优化

以实验研究为基础,利用以均匀试验设计法,最小二乘拟合和遗传算法寻优相结合的混合优化方法进行了环形扩压叶栅弯曲匹配数值优化研究.结果表明,优化的弯角和弯高范围随叶型折转角的增大而减小,合理选择弯曲方案将可以达到改善角区流动、减小损失的目的;叶片弯曲优化匹配设计可扩展现代压气机中弯曲叶片的应用范围,也表明了在大转角压气机中采用弯曲叶片设计方法的巨大潜力.     

离心压气机叶轮的"可控涡"设计及其CFD比较分析

根据准三维气动没计方法,用Bezier曲线构造叶轮子午流道,样条曲线控制环量沿子午面流线的分布规律,气动设计离心式叶轮。通过CFD数值模拟对设计叶轮性能分析比较,结果表明利用准三维设计与三维流动分析相结合的途径是一种比较方便实用的设计方法,且控制参数(环量)的给定未必一定受库塔条件的限制。     

扇形叶栅结构设计与应用研究

近些年,针对轴流式压气机和涡轮的叶栅实验研究越来越多,扇形叶栅实验作为叶型气动设计和性能验证的方法受到了广泛关注。本文以教研室跨音速扇形风洞为研究对象,介绍了扇形实验测试系统和试验件结构的设计,以及实验过程中遇到的问题和解决方案。文中分析了扇形叶栅收缩段出口流场均匀性对测试流场结构的影响,验证了叶栅进口安装可调导叶能够模拟实际工况下测试叶片进口的气流角和马赫数,并介绍了扇形叶栅侧板抽吸位置对流场内周期性的影响情况。本文为日后的扇形叶栅实验研究提供参考,同时提出了扇形叶栅吹风实验中有待进一步改进和提高的地方。     

离心压气机叶片扩压器气动优化设计

本文以某高速离心压气机叶片扩压器为研究对象,采用Kriging模型在设计工况下对其进行气动优化设计,以获取较高的"叶轮 扩压器"等熵效率,同时保证扩压器出口静压不降.Kriging模型大大加速了设计过程,得到的优化结果和原始设计相比,在性能上有了较大改善.     

在大径高比环形透平叶栅中叶片弯曲对二次流影响的实验研究

1实验装置与模型叶片倾斜和弯曲的概念是针对小径高比环形叶栅提出来的。在短叶片环形叶栅中采用弯曲叶片的效果如何，本文作者对此进行了研究。同时也讨论了边界条件对静叶出口流场的影响。本实验是在哈尔滨工业大学的环形叶栅风洞上进行的。实验用的三套叶栅为：（1）常规径向叶片；（2）两端倾斜角为15”的弯曲叶片；（3）两端倾斜角为22“的弯曲叶片。其特性参数为：径高比为10．553，弦长b—31．Zmm，叶型安装角风一45．3“，进气角。0—90”，几何平均出气角。1—15”。出口马赫数M＝0．26左右。（1）（）（3）均为等截面叶栅，（2）…     

Passive control of discrete-frequency tones generated by coupled detuned cascades

Discrete-frequency tones generated by rotor-stator interactions are of particular concern in the design of fans and compressors. Classical theory considers an isolated flat-plate cascade of identical uniformly spaced airfoils. The current analysis extends this tuned isolated cascade theory to consider coupled aerodynamically detuned cascades where aerodynamic detuning is accomplished by changing the chord of alternate rotor blades and stator vanes. In a coupled cascade analysis, the configuration of the rotor influences the downstream acoustic response of the stator, and the stator configuration influences the upstream acoustic response of the rotor. This coupled detuned cascade unsteady aerodynamic model is first applied to a baseline tuned stage. This baseline stage is then aerodynamically detuned by replacing alternate rotor blades and stator vanes with decreased chord airfoils. The nominal aerodynamically detuned stage configuration is then optimized, with the stage acoustic response decreased 13 dB upstream and 1 dB downstream at the design operating condition. A reduction in the acoustic response of the optimized aerodynamically detuned stage is then demonstrated over a range of operating conditions.     

离心压气机叶轮多学科优化设计方法研究

本文采用多目标遗传算法结合近似模型方法,对离心压气机叶轮优化设计程中叶片各个设计参数的变化对于叶轮气动与强度性能的影响进行了研究,更深刻地了解各个参数分别对叶轮气动和强度性能的影响程度,并在此基础上采用可行性解的选择策略来寻求优化设计点,优化后的结果能够满足叶轮气动与强度性能的要求,表明该方法具有一定的工程实用价值。