轴流透平通用叶型设计模块开发

1前言在叶轮机械气动热力设计体系中，叶型设计是最基本而关键的一环，叶型的好坏及选用适当与否对机组性能有非常大的影响。本文的工作是我们研制的多级轴流透平通流部分气动热力设计体系中的重要组成部分，其目的是要在满足结构、工艺、强度等约束条件的同时，高效、准确地设计出具有良好气动性能的叶型。本模块采用高档微机网络和中文NT操作系统作为支撑环境，选用商业化的CAD／CAM软件作为主要开发工具，在其基础上进行二次开发[1]。2叶型设计的类型与方法根据不同的已知条件，轴流透平叶型设计工作可分为三种类型：2．1已知初始叶…     

用“参数多项式方法”确定风力透平叶片的失速振荡流

用“参数多项式方法”确定风力透平叶片的失速振荡流陈佐一,孙永忠,杨玲（清华大学热能工程系北京１０００８４）关键词：参数多项式方法,风力透平,颤振在现代各类流动诱导振动问题的研究中,流体激振的安全性分析与诊断,要求在较短的时间内,对大量的复杂流动工况进...     

基于全叶片曲面参数化方法的涡轮气动优化

为进一步挖掘涡轮性能潜力,实现气动优化参数化降维,减少优化耗时,基于全叶片贝塞尔曲面参数化方法、多岛遗传算法和CFD求解器构建了涡轮三维优化平台。通过建立涡轮叶片吸压力面展开曲面和贝塞尔曲面的参数化映射,全叶片贝塞尔曲面参数化方法实现了叶片吸力面和压力面的同时变形控制,减少了优化控制变量,具有型面光顺性和构造便捷性。对TTM跨音涡轮开展全局气动优化设计研究,结果表明：优化历时约70 h,涡轮设计点绝热效率提升0.48个百分点,流量增加0.97%,膨胀比下降0.32%,验证了曲面参数化优化方法对涡轮气动优化问题的有效性、工程实用性和降维特性。     

基于CATIA的固体火箭发动机系统中的三维参数化设计

为了提高固体火箭发动机系统的动态交互能力,方便用户直观地了解固体火箭发动机的内部结构,结合CATIA强大的三维建模能力,完成了该系统中最重要的三维参数化设计;以VC++为编程环境,运用CATIA自动化对象编程(V5 Automation)提供的二次开发接口,实现了固体火箭发动机系统中的三维绘图模块,同时介绍了两种在VC框架内动态显示CATIA三维模型的方法;实践证明,该系统能够快速的确定固体火箭发动机外形尺寸、标志量等设计参数,为固体火箭发动机的初步设计提供有效的帮助。     

基于伴随方法的多级叶轮机三维叶片优化设计

伴随方法单次优化循环计算量与设计变量数目基本无关,多设计变量时计算成本低。本文采用伴随方法发展了多级叶轮机三维黏性气动形状优化方法,包括伴随方程及其边界条件、目标函数与设计变量的敏感性关系。结合基于Hicks-Henne函数的三维叶片参数化方法和最速下降法建立了气动形状优化设计系统。针对1.5级压气机第二排叶片的反设计验证了该优化系统的有效性;以进、出口熵增为目标函数改型设计某1.5级超音压气机,改型后气动性能明显提升。     

某向心式蒸汽透平的气动设计与数值研究

本文针对太阳能热发电过程中蒸汽流量小、焓降高的特点设计了一种部分进汽的向心式蒸汽透平。所设计的蒸汽透平在流量仅为2.33 kg/s、压比为3.36的工况下仍有较高的效率。通过三维数值模拟的方法分析了导叶和叶轮内部流动特性,探讨了部分进汽对通道流通能力及总效率的影响。     

基于振动性能优化的风力机叶片设计

风轮是风力机最重要的部件之一,设计良好的风轮是风力机获得较高风能利用系数和较大经济效益的基础.本文应用Wilson气动理论设计了 100 W 水平轴风力机叶片,并兼顾振动性能对设计参数进行修正.对设计的风轮进行了模态实验和气动外特性实验,实验结果表明,所设计的风力机在低风速时基本能够达到设计的风能利用系数,并使得风力机在运行时避开转速共振区,延长风轮寿命,从而降低设计成本.     

基于进化算法和复合参数化方法的低速翼型优化

针对设计工况为Re=1×106的翼型在2°和8°两种迎角下的气动性能进行综合优化, 提升其在巡航与起飞着陆时的性能。利用气动估算软件Xfoil结合NACA 4位数参数化方法进行翼型初步优化, 缩小优化空间, 减少计算量。通过求解Reynolds平均Navier-Stokes方程的方式进行精确优化, 最后利用Hicks-Henne形函数法对翼型表面施加扰动进行细节优化, 弥补NACA 4位数参数化方法细节表现不足的缺点。实现了2°和8°两种迎角下气动性能普遍提升20%以上的效果, 并发展了一种复合参数化方法下基于改进进化算法的多目标、多步骤气动优化方法。      

整体煤气化湿空气透平(IGHAT)循环的参数优化

本文采用非线性优化方法,分析了整体煤气化湿空气透平（ＩＧＨＡＴ）循环的热力性能,研究了温化器出口空气含 湿量、间冷压比及空分集成程度等主要参数对循环性能的影响。结果指出较之湿空气透平（ＨＡＴ）循环,ＩＧＨＡＴ循环的 空气含湿量有了大幅度的提高,从而使得循环比功大大增加。     

BGK方法在三维非结构网格上的初步应用

将BGK计算方法从二维拓展到三维并且应用于三维非结构网格,具有重要的理论价值和实用价值.采用旋转局部座标的方法,发展了一种针对三维非结构网格的BGK计算方法.在计算过程中,将最小二乘法应用于三维非结构网格的导数计算.对三维激波管和三维欠膨胀垂直冲击射流等两个算例进行了细致分析.这两个算例的计算结果表明,该方法在三维非结构网格上的初步应用是成功的 关键词： 气动BGK方法 三维 非结构网格     

核磁共振数据的参数化谱分析方法

讨论参数化谱分析方法的基本原理以及基于高阶Yule-Walker方程组的参数计算方法,提出了一种新的从数据中估计谱线根数的方法,实验表明,该方法是有效的。     

压气机中介机匣三点NURBS曲线参数化方法

研究快速高效的压气机中介机匣参数化设计方法,以便在较大求解域内确定具有良好气动性能的初始几何,从而为三维数值优化提供参考。结果表明,利用三点NURBS曲线参数化方法进行中介机匣二维初始设计,流道端壁型线同三维优化结果吻合较好,能够准确预测中介机匣流道损失。     

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。     

基于离散伴随方法的透平叶栅气动优化设计

本文研究并给出了基于离散伴随理论和自动微分技术构建离散伴随系统的方法、伴随系统的求解策略以及基于离散伴随方法的透平叶栅气动优化设计流程,建立了相应的优化设计系统。利用该优化系统在无黏环境下,以叶栅通道进出口的熵增率为目标函数、以叶栅通道内的质量流量为约束,对某二维跨音速透平叶栅进行了气动优化设计。与优化前相比,优化后透平叶栅进出口熵增率减少8.82%,质量流量变化幅度小于0.003%。优化结果表明,本文提出的优化系统能够有效改善透平叶栅的气动优化性能,验证了本文提出的基于离散伴随方法的透平叶栅气动优化设计方法的正确性与有效性。     

三维透平叶片扭转颤振问题的流固耦合数值研究

颤振,尤其是失速颤振是引起叶轮机械安全事故的重要原因之一。由于叶片颤振的复杂性,过去人们一直采用半经验的方法研究叶片的颤振。本文发展了一套更精确的流固耦合计算方法,并用这种算法研究了三维透平叶片的扭转颤振。在模拟大负攻角下的颤振时发现,传播失速响应频率向固有频率靠近是振动发散的一个重要判据。通过计算得出了压比和攻角对颤振影响的特性曲线,它不但可用于判断流体激振的稳定性,而且可以研究颤振的强度。     

基于伴随方法的叶片冷却通道导热优化研究

本文基于网格节点位置坐标变分技术,针对固体导热问题推导了导热伴随方程及其对应的边界条件,并应用有限体积法求解了导热与伴随方程。给出了固体域表面温度分布反设计问题和固体域平均温度正设计问题对应的目标泛函变分的具体表达式,应用拟牛顿算法构建了优化设计系统。针对空心圆环导热问题,计算了目标函数关于内径的梯度,并将计算结果与有限差分方法和理论值进行对比,验证了导热伴随系统的有效性。最后给出了空心圆柱内壁面形状反设计、空心叶片壁面厚度反设计的计算结果以及叶片型线保持不变,以降低叶片固体域平均温度为目标,对冷却通道隔板位置与厚度进行的优化设计结果。优化结构平均温度与初始结构相比降低了 11.1 K。     

基于一维查找表的LCD特性化方法的研究

针对LCD显示器的颜色还原问题,根据一维查找表(1-Dimension Look-up Table,1D-LUT)方法,建立显示器设备颜色空间(RGB空间)与标准颜色空间(CIE XYZ空间)之间的颜色特性转换模型,采用CIE LAB色差评价方法,得到平均色差为1.56。并与GOG(Gain-Offset-Gamma)模型特性化结果对比分析,经GOG模型特性化后得到的平均色差为8.87。分析对比1D-LUT与GOG模型对LCD显示器特性化的适用性,为设备颜色的精确复现提供必要的依据。结果表明,1D-LUT相对于GOG模型特性化精度高,具有较好的颜色复现能力,适用于LCD显示器的特性化,而GOG模型不适用于LCD的特性化。     

基于参数化模型的内冷屏设计优化流程的开发

在中国聚变工程实验堆(CFETR)集成设计平台(CIDP)的设计框架中,基于参数化模型开发了能够高效开展内冷屏设计优化的工作流程。通过OPTIMUS 软件驱动CATIA、ANSYS 等CAD/CAE 软件进行自动建模及有限元分析,利用响应面模型、敏感度分析等方法确定与优化目标关系密切的参数,该流程根据内冷屏的参数化模型的几何参数驱动优化流程得到满足设计判据的优化设计参数。在应用示例中,考虑到等离子体破裂工况下冷屏的安全运行要求,在电磁-结构分析得到的应力满足设计判据的前提下,通过优化几何参数使内冷屏的质量最小,从而降低建造成本、提高经济性。