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《西北工业大学》 2007年
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轴流压气机叶片优化设计及分析

高坤  
【摘要】:叶栅作为叶轮机械热功转换的基本单元,其气动设计理论与设计方法的研究,一直是国内外叶轮机械气动热力学领域关注的重点。随着计算流体力学和现代优化计算方法的飞速发展,叶轮机械的优化设计技术得到了快速发展。但是叶轮机械,尤其是跨音速轴流压气机叶片的气动优化设计仍然是一个具有挑战性的研究领域。本论文基于商业软件NUMECA的叶轮机械全三维优化设计平台Design3D,以已有跨音速轴流压气机转子叶片为参考叶片,对其进行了三维叶片优化设计研究,主要开展了以下几个方面的工作: 首先,对跨音速轴流压气机参考叶片通道进行了三维数值模拟。计算结果和实验数据对比表明,计算软件Fine/Turbo能很好的预测跨音速轴流压气机的总性能及内部流场结构,保证了计算的可靠性。由此可以看出在此基础上进行优化设计是可行的,并为以后的优化设计工作奠定了基础。 其次,通过将四个不同叶展处(叶根、27.5%叶展、63.4%叶展和叶尖)的叶型进行径向积叠生成三维叶片来参数化参考叶片。每个截面叶型采用with end line的构造线定义模式来定义。中弧线定义为由四个控制参数构造的4次Bezier曲线。压力面和吸力面都是关于中弧线的高阶Bezier曲线。这为后续优化设计工作提供了优化设计变量。 再次,采用三维N-S方程流场计算、网格自动生成、三维叶片参数化造型与人工神经网络和遗传算法寻优相结合的方法,以总压损失系数最小为目标函数,对参考叶片进行了三维叶片型线优化设计。优化设计结果表明,优化叶片的气动性能较参考叶片明显提高,可以达到控制激波的强度和位置的目的,削弱了流动分离,减少了流动损失,使叶轮整体性能都得到了提高。表明本文的气动优化设计方法,是获得低损失高效率性能的叶片的有效途径。
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