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涡轮冷却叶片结构网格参数化方法研究

龚勋  
【摘要】:涡轮叶片是航空发动机中承担着将热能转换为机械能的重要部件之一,长期处于高温高压的工作环境。因此叶片形体边界复杂、冷却结构繁多,进行模型建立、计算域分区、结构化网格生成时工作量大。本文通过对叶片结构和特征的分析,定义几何形体表达的基本要素及布尔运算方法,将几何参结构数与拓扑结构对应说明,对涡轮叶片的设计参数进行模型构造;根据模型的几何特征,概括出具有通用性的简单规则计算域的分块方法,结合叶片的物理特性、边界条件,对复杂冷却结构区域进行详细划分说明,拟定叶片外流域计算域分区策略并抽象成方法,将其制成模板集成在软件中;按照分区策略进行划分得到的计算块集合,根据设置的网格步长,在每个计算块中分别通过无限插值法进行结构化网格生成,复杂结构之间的块与块邻接表面(该表面两侧可能存在网格节点不对应的问题)设置为交接面,以解决此表面两侧可能存在的网格节点不对应的问题,并将各部分的网格信息集中起来即可得到涡轮叶片外流域整体网格;最后将上述方法,利用软件程序实现涡轮叶片得参数化造型和计算域自动分区,以及结构化网格的生成。文中从三个方面进行涡轮冷却叶片网格的自动化生成。参数化造型,通过计算机程序对读入的叶片设计参数xml文件进行解析,给出特征参数对应的几何形体,实现了构造变截面叶片模型的功能。对于每一个设计参数都能进行对象属性的调整;计算域划分策略,根据解析给出的特征参数参数化产生的叶片几何体,将叶片计算区域划分为燃气外流体域、叶片固体域以及冷气内流域,能够满足对象计算域内结构化网格生成的条件。计算域分区策略可以根据叶片参数的改变而改变,也可以由用户自定义进行调整;结构化网格的生成,实现对叶片造型结构的网格自动生成,网格要求为结构化网格。采用传统的贴体网格产生方法,即基于坐标系变换的代数方程产生节点的方法(TFI),并且可以控制网格的步长。


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