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高负荷吸附式压气机叶型的优化设计

作　者: 苗雨露
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: 高负荷 吸附式 轴流压气机叶型 优化设计 附面层控制
分类号: TH45
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


在实验室已有的无吸气叶型优化设计平台基础上，用吸力面的一段曲线模拟吸气槽，且在亚音速情况下，吸气边界给定均匀的流量通量分布，实现了吸附式压气机叶型优化设计平台。该优化平台基于数值最优化和流场正问题计算相结合的方法，优化策略采用遗传算法，叶栅流场计算采用实验室自编的CFD程序，叶型参数化采用基于修改量的方法。应用此吸附式压气机叶型优化设计平台进行了两个优化：优化算例1是为了验证附面层吸气能够提高扩散因子的说法，该优化以某大弯角高亚音叶型为初始叶型，以扩散因子和总压损失系数为设计目标，最终获得了吸气系数为0.01时扩散因子达到0.676、总压损失系数为0.0195的叶型，与优化前相比，优化后的扩散因子保持不变，总压损失系数下降了54%。与常规叶型相比，该优化叶型压力面尾部出现拐点，拐点前流动加速减压，缺点是降低了气流转角和叶型尾部负荷，但也减小了流动分离，降低了流动损失。优化算例2是为了验证此优化平台进行叶型设计的可行性，该优化以上一优化的初始叶型为初始叶型，以总压损失系数、静压比和总压比为设计目标，最终获得了可以满足指定进出口条件的叶型。以优化算例1获得的高负荷吸附式压气机叶型为研究对象，通过数值方法进一步研究了吸气参数对叶栅性能的影响规律，研究发现：对于该叶型，吸气槽角度会影响所需的吸气量，吸气槽角度越大，获得同样的叶栅性能所需的吸气量越小；对于该叶型，采用简化的吸气模型能够获得与90度吸气槽角度的吸气槽模型相近的计算结果；对吸气量的研究获得了与现有文献一致的结论，存在一个最佳的吸气量，随着吸气量的增加吸气效果减弱，当吸气量大于最佳吸气量时，叶栅性能基本不变；对于该叶型，当吸气参数接近设计值时，叶栅性能对吸气宽度和吸气位置的扰动不敏感。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-13
第一章 绪论  13-20
  1.1 研究背景与意义  13
  1.2 提高单级压比的措施及其发展情况  13-14
  1.3 附面层吸气的研究现状  14-19
    1.3.1 附面层吸气对扩散因子、级负荷和效率的影响  14-16
    1.3.2 吸气槽模型、网格生成及吸气边界条件的给定  16-17
    1.3.3 附面层吸气对附面层的影响及最佳的吸气参数  17-18
    1.3.4 吸附式压气机叶型的特征  18-19
  1.4 本文的研究目的与内容  19-20
第二章 优化设计平台  20-37
  2.1 数值优化模块  21-22
  2.2 流场计算模块  22-32
    2.2.1 控制方程  22-26
    2.2.2 控制方程的离散  26-27
    2.2.3 网格生成  27-29
    2.2.4 边界条件  29-30
    2.2.5 流场计算模块精度验证  30-32
  2.3 目标函数设定模块  32-34
    2.3.1 总压比的引入  32-33
    2.3.2 目标函数形式  33-34
  2.4 叶型参数化模块和初始叶型生成模块  34-36
    2.4.1 叶型参数化模块  34
    2.4.2 叶型参数化算例  34-35
    2.4.3 初始叶型生成模块  35
    2.4.4 初始叶型生成算例  35-36
  2.5 小结  36-37
第三章 叶型的优化设计  37-42
  3.1 优化算例 1  37-39
    3.1.1 初始叶型  37
    3.1.2 目标函数设定、设计变量及约束  37-38
    3.1.3 优化结果分析  38-39
  3.2 优化算例 2  39-40
    3.2.1 目标函数设定、设计变量及约束  39
    3.2.2 优化结果分析  39-40
  3.3 小结  40-42
第四章 吸气参数对叶栅性能的影响  42-52
  4.1 gambit 网格划分和 Fluent 求解设置  42-44
  4.2 吸气槽造型和吸气槽角度对叶栅性能的影响  44-45
  4.3 吸气量、吸气位置和吸气槽宽度对叶栅性能的影响  45-49
    4.3.1 吸气量对叶栅性能的影响  45-47
    4.3.2 吸气位置对叶栅性能的影响  47-48
    4.3.3 吸气槽宽度对叶栅性能的影响  48-49
  4.4 吸气量和吸气槽宽度对吸气边界上参数分布的影响  49-51
    4.4.1 吸气量对吸气边界参数分布的影响  49-50
    4.4.2 吸气宽度对吸气边界参数分布的影响  50-51
  4.5 小结  51-52
第五章 总结与展望  52-53
  5.1 总结  52
  5.2 展望  52-53
参考文献  53-55
致谢  55-56
在学期间的研究成果及发表的学术论文  56-57
附录 A 平面叶栅进出口参数的确定  57-59
附录 B 修改量控制点相对横坐标、设计变量及约束  59-61
附录 C 无吸气平面叶栅的定性相似准则  61-62

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中图分类: > 工业技术 > 机械、仪表工业 > 气体压缩与输送机械 > 压缩机、压气机
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