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涡轮S₂流面正问题气动优化设计研究

作　者: 靳杰
导　师: 韩万金
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 动力机械及工程
关键词: 优化设计气动设计 S2流面损失模型
分类号: V235.11
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 139次
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内容摘要

涡轮气动优化设计的最终过程是多级涡轮全三维气动优化设计,但三维计算在空间和时间上的复杂度都比较高,且设计过程需要考虑的问题非常之多。如果没有一套很好的准三维计算结果作为全三维设计的初始值,很难在短时间内得出非常好的结果。所以将传统设计流程和现代设计概念相结合,形成一套完善的分层次优化设计系统是非常有必要的。本文首先阐述了涡轮气动设计体系与气动优化设计的发展历史,主要内容包括:一维气动设计体系,准三维气动设计体系,三维气动设计体系;一维气动优化设计,准三维气动优化设计,三维气动优化设计。详述了S2流面正问题气动优化设计(下文简称为S2优化设计)的发展历史及国内外研究状况,损失模型的发展历史及其现状。系统介绍了本文所采用的S2优化设计系统,包括叶片造型、S2流面计算、损失模型、优化方法及优化软件。本文应用S2流面正问题计算程序,在考虑设计变量、目标函数、约束条件的情况下,考查不同损失模型对于优化结果的影响。结果显示,不同损失模型对于S2优化设计结果影响差异较大,但通过改变设计变量的组合,优化后总体损失都有所降低,等熵效率都有不同程度的提高。结果表明采用准确的损失模型是S2优化设计的关键。针对ЦИАМ模型,本文将此损失模型所预测的结果与10组叶型的损失实验数据进行了对比,找出其缺点,然后对原ЦИАМ模型进行了修正,使预测与实验数据的叶型损失误差由原来的37.56%降低到22.59%,总损失误差由原来的38.31%降低到30.95%。应用本文所介绍的S2优化设计系统,对某两台低压涡轮进行了S2优化设计。其中四级低压涡轮应用原始的ЦИАМ模型优化后的等熵效率由90.40%提高到91.25%,应用修正后的ЦИАМ模型的等熵效率由90.81%提高到91.59%。三级低压涡轮的等熵效率由89.50%提高到91.22%。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-9
第1章绪论  9-20
  1.1 引言  9-10
  1.2 涡轮气动优化设计发展历史  10-15
    1.2.1 航空涡轮气动设计体系的发展  10-12
    1.2.2 航空涡轮气动优化设计的发展  12-14
    1.2.3 涡轮分层次的气动优化设计系统  14-15
  1.3 涡轮S_2 流面优化设计的现状  15-16
  1.4 涡轮损失模型概述  16-19
    1.4.1 各种损失分类  16-17
    1.4.2 损失模型  17-19
  1.5 论文工作的目的与主要内容  19-20
第2章 S_2流面优化计算方法  20-31
  2.1 引言  20
  2.2 S_2 流面优化计算流程  20-21
  2.3 叶片成型技术  21-24
  2.4 S_2 流面计算程序  24-25
    2.4.1 S_2 流面的基本方程  24-25
    2.4.2 计算流程  25
  2.5 损失模型介绍  25-28
    2.5.1 AMDCKO模型  26-28
    2.5.2 ВТИ模型  28
    2.5.3 ЦИАМ模型  28
  2.6 优化方法与优化软件  28-30
    2.6.1 优化方法  28-29
    2.6.2 优化软件  29-30
  2.7 本章小结  30-31
第3章涡轮损失模型对S_2优化设计结果的影响  31-41
  3.1 引言  31
  3.2 算例特点  31-32
  3.3 总体参数分析  32-34
  3.4 沿叶高的参数分析  34-39
    3.4.1 反动度沿叶高的分布  34-35
    3.4.2 能量损失系数沿叶高的分布  35-37
    3.4.3 出口气流角沿叶高的分布  37-39
    3.4.4 沿叶高末级绝对出口气流角的分布  39
  3.5 S_2 优化设计建议  39-40
  3.6 本章小结  40-41
第4章标定与修正损失模型  41-56
  4.1 引言  41
  4.2 各列叶栅特点与实验数据  41-42
  4.3 原始损失模型预测结果与实验结果对比  42-46
  4.4 对原始损失模型的修正  46-50
    4.4.1 临界速度系数  46-47
    4.4.2 尾迹损失  47-48
    4.4.3 马赫数修正  48-49
    4.4.4 雷诺数修正  49
    4.4.5 二次流沿叶高分布  49-50
  4.5 修正损失模型预测结果与实验结果对比  50-54
  4.6 原始与修正损失模型预测性能误差分析  54-55
  4.7 本章小结  55-56
第5章某两台低压涡轮S_2优化设计结果  56-73
  5.1 引言  56
  5.2 原始与修正的损失模型S_2 优化设计结果分析  56-66
    5.2.1 原型特点  56-59
    5.2.2 S_2 优化设计总参数分析  59-61
    5.2.3 沿叶高参数分析  61-66
  5.3 某三级低压涡轮S_2 优化设计结果分析  66-72
    5.3.1 一维气动设计与分析  66-68
    5.3.2 S_2 优化设计总参数分析  68-69
    5.3.3 沿叶高参数分析  69-72
  5.4 本章小结  72-73
结论  73-75
参考文献  75-80
攻读学位期间发表的学术论文  80-82
致谢  82

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