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。     

离心压缩机级的设计及三维粘性流场分析

本文给出了一由半开式离心叶轮和叶片扩压器组成的模型级的设计及其三维粘性流场分析。设计采用S_1/S_2流面迭代的准三维方法,数值分析采用对N-S时均方程求解的Euranus程序,计算中采用中心差分格式和Baldwin-Lomax代数紊流模型。文中对从喘振点到堵塞点的八个工况进行了数值模拟,分析不同工况下流场的变化规律,为模型级的优化设计打下基础。     

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。     

基于三维粘性流动分析的离心压缩机叶轮设计方法

本文尝试了一种以三维粘性分析为参考准则设计离心压缩机三元叶轮的实用方法.以角动量为控制手段对Krain实验叶轮进行了变型设计,并对Krain原始叶轮与新设计叶轮进行了三维粘性流场计算,对典型通流截面的子午速度与转子焓分布做了分析,并对三种叶轮的总体性能进行了比较。结果表明,角动量的不同分布对所设计叶轮的压比和效率有明显的影响。     

叶轮机械数值计算与设计方法进展及其在汽轮机中的应用──第一部分:数值计算及设计方法进展

本文对多级汽轮机通流部分气动热力学数值计算方法与设计体系研究所取得的进展进行了回顾，主要内容包括通流部分气动热力准三维、全三维计算方法进展、程序的校准方法、多级轴流透平气动热力设计体系研制等，并提出了今后进一步开发的设想．     

高速离心压气机叶轮性能预测及流场分析

用时间推进法数值求解相对圆柱坐标系下的雷诺平均N-S方程,模拟高速离心叶轮内部的三维粘性流场.计算是在设计转速9个不同的流动工况下进行的.与实验结果比较了三个不同流量下的轮缘周向平均静压,对典型通道位置截面的子午速度分布与实验进行了定量比较,最后得到了转子在设计转速下的压比和等熵效率曲线.研究结果表明,本文发展的数值方法可较好的预测离心压气机叶轮的性能曲线.     

静态随机存储器单粒子翻转效应三维数值模拟

针对特征尺寸为1.5 μm的国产静态随机存储器（SRAM）,构建了三维SRAM存储单元模型,并对重离子引起的SRAM单粒子翻转效应进行了数值模拟.计算并分析了单粒子引起的单粒子翻转和电荷收集的物理图像,得到了SRAM器件的单粒子翻转截面曲线.单粒子翻转的数值模拟结果与重离子微束、重离子宽束实验结果比较一致,表明所建立的三维器件模型可以用来研究SRAM器件的单粒子翻转效应. 关键词： 三维数值模拟 单粒子翻转 微束 宽束     

离心透平附属通流部件设计分析

离心透平的通流部件主要包括:进气道、静叶栅、动叶栅、无叶扩压器、出气道,本文对除静叶栅、动叶栅之外的附属通流部件的子午面进行设计。进气道子午面设计采用等截面法,保证级前进气均匀、轴向对称;无叶扩压器采用与叶栅等高的平行侧壁形式,最佳出口直径根据整机效率最优的原则得到;出气道子午面采用与叶栅等高的圆弧扩压弯管设计。结果表明,该方法设计附属通流部件简单易行,特别适合工程应用,以某一离心透平为例,数值模拟得到的级效率为88.51%,整机效率为90.34%,轮周功为478.9 kW,性能达到预期。     

微通道内气体流动的三维效应

本文使用直接模拟Monte carlo法对三维直微通道内的气体流动进行了数值模拟,对比了不同截面形状的通道 不同驱动压差的情况,探讨了截面形状对微通道内气体流动三维效应的影响以及三维效应对流量-压差关系的影响。     

叶轮顶部间隙对向心透平总体性能影响的研究

对微型燃机向心透平叶轮顶部间隙流动在级环境下进行了全三维粘性数值模拟．研究结果表明:顶部间隙小于 2％时,间隙每增加1％,级效率降低1．5％,而级通流能力有所降低;径向与轴向间隙变化对级性能影响有很大差别, 径向间隙增加对级效率降低的影响是轴向间隙增加的8．3倍,径向间隙增加使通流能力增强的程度是轴向间隙增加使通流能力减弱的4．2倍。此外,将间隙流场与文献报道试验结果进行了比较,差别主要在工作轮顶部区域。     

基于NURBS的叶片全三维气动优化设计

采用NURBS对叶轮机械叶片的关键截面和基迭线进行参数化表达,该表达方法为基于现代优化算法的叶片粘性气动最优化设计提供设计变量,以实现对叶片截面和叶片基迭线弯、倾、扭、掠变形的控制。该方法编写成的叶片全三维控制模块和网格自动生成程序、CFD程序集成到商业软件iSIGHT中,构成了叶片全三维粘性气动优化设计平台。在该平台上选用ASA成功进行了某透平静叶片的全三维粘性气动最优化设计。实验结果表明通过同时改变叶片截面和叶片基迭线的方法能够有效地抑制叶片的二次流损失,因此该设计平台在叶片气动优化设计中有广阔的应用前景。     

多级轴流压气机三维气动设计的一种快速方法

本文提出了一种适用于多级压气机的快速三维数值气动设计方法,该方法的核心是应用一种快速网格生成技术和NS方程求解器之间不断的相互迭代,最终得到各叶片排的三维叶片造型。首先给定流量,压比和压气机子午通道的几何形状。在初始设计阶段通过计算得到各叶片排沿叶高周向平均的进出口气流角分布,并把其作为计算的目标参数。然后通过网格生成和NS求解之间的迭代,不断调整目标参数,直到计算收敛。应用本方法设计了一台具有三个重复级的实验用轴流低速压气机。     

三维跨音速叶栅自动气动优化设计

应用三维叶栅自动设计参数化方法,选择E3约束的条件下进行了自动气动优化设计.优化后,最优叶栅的总压恢复系数比参考叶栅提高了0.8%,流量和出口气流角都在约束范围内.对优化结果的详细气动分析表明,叶栅性能有显著的改善,表明该算法具有良好的优化性能.     

混流泵三元叶片优化设计方法研究

以叶片角的分布为优化变量,叶轮效率为优化目标,将三维粘性流动分析与神经网络相结合对混流泵叶片进行了优化设计。在设计空间内根据实验设计理论安排神经网络的训练样本,选择径向基函数网络建立设计变量和目标函数间复杂的响应关系,利用遗传算法进行优化。针对研究对象设计变量较多、变化范围较大的问题,提出子系统优化的初步思想,即:将优化变量进行分类,对每类变量建立子系统,分别在子系统内进行局部优化,然后再考虑子系统之间的相互影响进行全局优化。对一混流泵的三元扭曲叶片进行优化,叶轮效率明显提高,从而验证了该方法的简便性与有效性。     

弯曲母线离心叶轮设计方案比较、分析

为了探讨叶型弯曲不同分布对叶轮效率的影响,本文使用三元粘性数值模拟方法,对几个具有弯曲母线的离心叶轮进行了分析比较,在减损机理、特别是设计准则方面进行了摸索和探讨。     

国产优化300／600MW汽轮机通流部分气动设计 第二部分：叶栅优化与完善化设计

本文介绍叶栅优化与完善化设计方法。针对３００／６００ＭＷ汽轮机高、中、低缸叶栅不同的气动和几何特点，运用Ｓ１流面正、反问题和杂交问题程序，对叶栅进行优化或完善化设计。试验研究和工程实践表明这套设计方法是成功的。     

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.     

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。     

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。     

基于椭圆型方程的扭叶片造型方法的研究

本文以偏微分方程造型为基础,提出了一种基于椭圆型方程的扭叶片三维型面直接设计方法,详细推导了叶型曲面函数,给出了型面方程的求解及其前后缘修正。该方法具有设计叶型曲面自然光顺,设计参数少且各参数具有明显的几何意义,叶型曲面调整方便,利于采用非数值优化算法对其进行气动优化等优点。文中给出了设计实例,并通过数值实验分析了所设计叶片型面的流动特性。分析结果表明设计叶片具有良好的气动性能,同时也证明了本文提出的基于椭圆型方程的扭叶片三维型面设计方法的可靠性和实用性。