收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

浮壁式火焰筒瓦块结构的优化分析方法研究

高建辉  
【摘要】:浮壁式火焰筒结构可以有效改善火焰筒壁温分布和提高冷却效果,是未来燃烧室冷却的主要结构形式。目前国内外对浮壁式火焰筒瓦块结构的壁温和结构优化设计研究还未见报导。本文针对冲击-发散冷却形式的典型浮壁式火焰筒浮动瓦块结构,开展了浮动壁壁温分布优化和浮动瓦块结构优化等研究,主要研究工作包括: (1)提出并建立了浮动瓦块的三维参数化建模方法。通过提取浮动瓦块的建模参数,并根据冲击孔、气膜孔、扰流柱在瓦块上排布,按照其阵列规律在瓦块有效面积上以最大数量排布的原则,分别建立冲击孔、气膜孔、扰流柱的数量和位置与其尺寸参数、冲击孔间距、瓦块尺寸参数之间的关系。基于ANSYS软件平台,开发了浮动瓦块的三维参数化自动建模程序,可以对冲击孔-气膜孔-扰流柱阵列为1:3:0、1:3:4和1:3:12三种冷却形式的平板、环形和环形带外套三种结构类型的9种浮动瓦块结构进行自动建模。本文对9种浮动瓦块结构的结构建模和有限元分析算例,验证了本文浮动瓦块结构建模方法的合理性。 (2)开展浮动瓦块结构的结构优化方法研究,提出并建立了室温和高温(热-结构耦合)条件下浮动瓦块结构优化分析模型和优化方法。提出了首先采用精英保留自适应遗传算法,对浮动瓦块中螺栓杆的位置变量进行连续变量优化,然后采用“穷举搜索法”,对螺栓杆直径和瓦块厚度进行离散变量优化的递进式优化策略。基于浮动壁壁温优化分析结果,针对冲击孔-气膜孔排列为1:3的平板、环形和环形带外套三种瓦块结构进行了优化算例分析,验证了本文优化方法的适用性。 (3)针对冲击-发散冷却形式的浮动瓦块结构,研究了浮动壁壁温的数值仿真技术。该技术采用UG建模软件和ICEMCFD网格划分软件建立浮动壁壁温计算模型,基于FLUENT软件,采用热-流耦合整场求解方法计算得到浮动壁壁温分布,并通过建立和调用相应库文件的方式实现浮动壁网格模型的自动划分和壁温的自动仿真计算。浮动壁壁温的数值仿真结果与换热试验结果的对比最大误差为4.6%,验证了本文浮动壁壁温数值分析模型和计算方法的有效性。 (4)开展浮动壁壁温分布的优化方法研究,提出并建立了浮动壁壁温分布优化分析模型和“神经网络-遗传算法”优化分析方法。优化过程中首先利用均匀试验设计思想获得浮动壁结构的样本,建立浮动壁冲击高度H、冲击孔间距Si、冲击孔直径Di、气膜孔直径Dd、气膜孔与壁面角度α等5个优化变量到浮动壁壁温的BP网络仿真模型,得到优化变量与当量温度Tss之间可靠的映射关系;然后基于该映射关系,使用精英保留自适应遗传算法对浮动壁壁温进行优化。浮动壁壁温优化算例分析表明本文建立的优化分析模型和优化分析方法是可行的。 (5)开展浮动瓦块结构的热-结构耦合结构强度分析方法研究。基于浮动壁壁温的数值仿真结果,采用温度计算网格临近节点温度插值法,实现浮动壁壁温仿真与瓦块结构有限元分析间的壁温数值传递,并利用热-结构间接耦合的有限元分析技术,建立了浮动瓦块结构的热-结构耦合分析方法。算例分析表明本文建立的热-结构耦合分析方法是合理的。 (6)提出并建立了瓦块结构的热-流-结构耦合优化分析模型和优化分析方法。优化过程采用嵌套式优化策略,即分为内外两层优化,内层针对每一组冷却结构特征尺寸变量的取值,采用精英保留自适应遗传算法对瓦块螺栓杆位置变量进行优化;外层采用精英保留自适应遗传算法对瓦块的冷却结构特征尺寸变量进行优化;并采用“神经网络-遗传算法”方法提高优化计算效率。优化算例分析表明,浮动瓦块的热-流-结构耦合优化结果和壁温、结构递进优化结果是一致的,优化结果令人满意。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 董志锐;具有陶瓷涂层的火焰筒壁温和热流计算[J];航空学报;1993年02期
2 金涛,邓新发,何立明;某型发动机高空、低速下燃烧室冷却性能分析[J];空军工程大学学报(自然科学版);2004年01期
3 李长林;火焰筒波纹气膜冷却结构设计方法[J];航空动力学报;1988年02期
4 顾铭企;航空发动机燃烧室技术展望[J];航空科学技术;1994年01期
5 李彬;吉洪湖;江义军;赵清杰;;浮动壁火焰筒壁温试验和计算分析[J];南京航空航天大学学报;2007年06期
6 张斌全;燃气轮中确定燃烧室中火焰简沿轴向各排小孔进气量分配的实验方法[J];工程热物理学报;1984年04期
7 东华;喷气发动机火焰筒的X射线实时照相检验[J];材料工程;1988年02期
8 成果;“火焰筒气膜冷却三维温度场数值计算”通过技术鉴定[J];南京航空航天大学学报;1996年04期
9 邢玉明,赵云惠,王丰;某发动机气膜冷却火焰筒壁温的数值计算[J];北京航空航天大学学报;1997年02期
10 杨顺虎;PG9171E燃机燃烧部件损坏分析[J];华东电力;2002年05期
11 杨肖曦,王弥康,许康;热管换热器的防腐蚀调壁温设计[J];节能;1998年06期
12 张新生,熊立红,唐必光;过热器壁温计算模型及寿命估算[J];电力建设;1999年10期
13 王忠平,贺勇, 谈军,王晓军;航空发动机火焰筒X射线检测时黑线缺陷的研究[J];机械科学与技术;1995年02期
14 孙志高,韩宇,张永福;乏气燃烧器壁温计算数学模型[J];锅炉技术;1997年11期
15 俞伯良,李继保;单、双层壁火焰筒壁面冷却效果比较试验研究[J];燃气涡轮试验与研究;1999年02期
16 李之光,刘曼青,李其德,林抚生,孙庆军,毛文山;铝制锅炉的研究与开发[J];动力工程;1991年02期
17 彭成一;涡轮喷气发动机单管燃烧室试验[J];南京航空航天大学学报;1957年02期
18 孙志高,张永福;旋流燃烧器壁温计算数学模型[J];热能动力工程;1998年04期
19 孙志高,王如竹,樊栓狮,郭开华;燃烧器传热特性及稳燃机理研究[J];电站系统工程;2001年02期
20 应明良,张文景,熊建国;燃烧调整对四角切圆燃烧锅炉过热器壁温的影响[J];华东电力;2002年12期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 尚守堂;程明;张军峰;李锋;马宏宇;;低排放长寿命燃烧室关键技术分析[A];大型飞机关键技术高层论坛暨中国航空学会2007年学术年会论文集[C];2007年
2 史家荣;徐华胜;;民机发动机燃烧室设计特点与研制的关键技术[A];大型飞机关键技术高层论坛暨中国航空学会2007年学术年会论文集[C];2007年
3 史家荣;;短环燃烧室点火和燃烧稳定性能研究[A];探索创新交流--中国航空学会青年科技论坛文集[C];2004年
4 李龙;范学军;仲峰泉;王晶;;高温壁面热流与温度一体化测量传感器[A];第二届高超声速科技学术会议会议日程及摘要集[C];2009年
5 李志亮;金苏敏;;两级烟气废热热管LiBr-H_2O制冷机热管管排排列与组合对温度分布的影响[A];第九届海峡两岸制冷空调技术交流会论文集[C];2009年
6 谷小红;佟仕忠;付贵增;;基于神经网络的立式罐壁温的软测量[A];2003中国控制与决策学术年会论文集[C];2003年
7 杨卫华;曹俊;宋双文;张靖周;;弯曲段壁面冲击发散冷却特性的实验研究[A];中国航空学会第七届动力年会论文摘要集[C];2010年
8 曹勇;潘宝山;;基于ANSYS焊接变形有限元数值模拟分析[A];中国航空学会第七届动力年会论文摘要集[C];2010年
9 李春野;赵传亮;程明;;RQL低污染燃烧室数值模拟及性能分析[A];中国航空学会第七届动力年会论文摘要集[C];2010年
10 李龙;范学军;王晶;;超声速燃烧室热/力环境及其测量技术研究[A];第三届高超声速科技学术会议会议文集[C];2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 高建辉;浮壁式火焰筒瓦块结构的优化分析方法研究[D];南京航空航天大学;2012年
2 刘世青;驻涡燃烧室流动特性的冷态数值研究[D];大连海事大学;2011年
3 汪凤山;低NOx排放微型燃气轮机燃烧室的数值模拟及实验研究[D];中国科学院研究生院(工程热物理研究所);2009年
4 刘彤;电站锅炉承压部件寿命分析及在线监测[D];华北电力大学(北京);2008年
5 蔡文祥;环形燃烧室两相燃烧流场与燃烧性能数值研究[D];南京航空航天大学;2007年
6 刘晨;复杂燃烧流场数值模拟方法研究[D];南京航空航天大学;2009年
7 张澄宇;航空发动机加力燃烧室不稳定燃烧机理与控制方法研究[D];北京航空航天大学;2010年
8 李彬;冲击—致密微孔浮动壁火焰筒冷却研究[D];南京航空航天大学;2008年
9 夏强;固体燃料冲压发动机工作过程研究[D];南京理工大学;2011年
10 丁猛;基于凹腔的超声速燃烧火焰稳定技术研究[D];国防科学技术大学;2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张晶;火焰筒多斜孔壁传热特性研究及一维壁温设计程序开发[D];南京航空航天大学;2010年
2 范海琳;旋流杯燃烧室主燃区回流结构及其贫熄相关初步分析[D];中国科学院研究生院(工程热物理研究所);2011年
3 张峥;燃烧室燃油喷雾场特性研究[D];南京航空航天大学;2009年
4 毛靖;适用于微小型燃烧式半导体温差发电机的热源设计研究[D];南京航空航天大学;2010年
5 秦亮;火焰筒掺混孔边细观热应力及裂纹扩展的研究[D];西北工业大学;2005年
6 郭艳龙;航空发动机燃烧室过渡态温度场数值研究[D];沈阳航空工业学院;2009年
7 李超;低污染燃烧室温度场的数值仿真与控制[D];沈阳航空航天大学;2012年
8 吕文菊;某型航空发动机燃烧室火焰筒掺混区的数值模拟[D];沈阳航空工业学院;2007年
9 姚婷;涡喷发动机NO_X浓度场数值模拟[D];沈阳航空工业学院;2009年
10 段冬霞;燃气轮机燃烧室参数化CFD模拟方法的研究和应用[D];中国科学院研究生院(工程热物理研究所);2011年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 通讯员 陈文莉 肖勇;力克重燃火焰筒技术难题[N];中国航空报;2009年
2 露静;国电荥阳壁温元件大列阵[N];中国电力报;2010年
3 本报记者 李大庆;一个“老石油”的科技人生——记两院院士侯祥麟[N];科技日报;2005年
4 本报记者 盛若蔚;“炼”就一生报国情[N];人民日报;2005年
5 本报记者 张丛;赤子心 报国志[N];农民日报;2005年
6 本报特派记者 蔡毓生 李凯;“炼油英雄”的世纪人生[N];汕头日报;2005年
7 本报记者 李凯;为祖国“造血”的潮汕骄子[N];汕头日报;2005年
8 本报记者 宋延涛;通用携手两国企沈阳对外开放加速[N];经理日报;2005年
9 吴文生 单鸣汉 李晶雪 杭正轩 箄在坪;横空出世 莽“昆仑”[N];中国航空报;2003年
10 空军指挥学院教授 苏恩泽;战机“心脏”——发动机[N];解放军报;2000年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978