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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
下 载: 162次
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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。

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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