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压气机叶片型面及吹吸气孔优化设计
作 者: 王传宝
导 师: 周正贵
学 校: 南京航空航天大学
专 业: 航空宇航推进理论与工程
关键词: 吸气式压气机 自动优化 数值计算方法 边界层控制 N-S方程
分类号: V228.72
类 型: 硕士论文
年 份: 2007年
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内容摘要
本文通过数值计算的方法,对吸气式压气机叶片流场进行数值模拟,研究附面层吸除技术对亚音速压气机扩压叶栅流场的影响。并且采用计算流体力学的气动造型数值优化的思想,在作叶型型面自动优化的同时,把叶片吸气孔的位置也作为自动优化的一个设计变量,一并进行优化,以期使叶片达到更高的技术性能要求,同时探索出一条有效的吸气增益途径,为更高性能风扇和压气机的设计提供思路和经验。对压气机叶栅通道流动,采用N-S方程进行流场计算;紊流粘性系数运用B-L双层代数湍流模型计算。叶栅网格为H型结构化网格,带壁面正交处理。结果表明,附面层吸除可以有效的改善叶栅通道的流动,降低叶栅损失并增加其负荷;吸气量一定的条件下,沿叶片吸力面可以找到最佳的吸气位置,使叶栅损失达到最低;对于较大弯角叶型并且存在分离的情况,在适当的位置吸气可以有效地控制附面层的发展并消除分离,提高叶栅通道的流通能力。经过进一步的优化设计,得到的最终叶型在几何造型上基本保证了合理性,其叶片载荷都有所增加,叶栅通道气体总压损失有明显的下降。这说明本文采用的优化方法以及设计的优化系统合理有效,能够提高叶栅的性能,尤其是对于吸气式压气机叶片,在型面优化的同时,它能够搜索到最优的吸气位置。
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全文目录
中文摘要 4-5 Abstract 5-10 第一章 绪论 10-22 1.1 研究背景 10-11 1.2 叶片优化设计发展概况 11-19 1.2.1 流场计算方法 11-14 1.2.2 数值最优化方法 14-16 1.2.3 叶片设计方法 16-18 1.2.4 叶型参数化方法 18-19 1.3 国内外对吸气式压气机研究现状 19-20 1.3.1 国外研究概况 19-20 1.3.2 国内研究概况 20 1.4 本文研究重点 20-22 第二章 吸气式压气机叶栅通道流场分析 22-41 2.1 NAVIER-STOKES 方程 22-23 2.2 控制方程空间离散 23-24 2.3 控制方程时间离散 24-25 2.4 边界条件及初场给定 25-27 2.4.1 初场给定 25 2.4.2 边界条件 25-27 2.5 紊流模型 27-28 2.6 加速技术 28-29 2.6.1 局部时间步长 28-29 2.6.2 隐式残值光顺 29 2.7 网格生成 29-33 2.7.1 代数生成法 29-30 2.7.2 微分生成法 30-33 2.8 吸气式压气机叶栅流场计算分析 33-41 2.8.1 流场数值计算方法 33-34 2.8.2 常规叶型流场分析 34-37 2.8.3 有分离叶型流场分析 37-39 2.8.4 结论 39-41 第三章 吸气式压气机叶栅优化设计 41-55 3.1 优化方法 41-46 3.1.1 优化方法简介 41-43 3.1.2 单纯形法 43-44 3.1.3 单纯形法原理 44-46 3.2 自动优化设计 46-51 3.2.1 叶型参数化设计 46-47 3.2.2 目标函数构成 47-49 3.2.3 优化系统流程 49-51 3.3 优化实例 51-55 3.3.1 常规叶型优化结果 51-52 3.3.2 有分离叶型优化结果 52-54 3.3.3 结论 54-55 第四章 总结与展望 55-56 参考文献 56-60 致谢 60-61 在学期间的研究成果及发表的学术论文 61
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中图分类: > 航空、航天 > 航空 > 飞机构造与设计 > 动力装置 > 进气、排气系统 > 进气增压装置
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