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多级轴流压气机气动分析及二维优化设计

作　者: 高修磊
导　师: 王英锋
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: 压气机设计优化设计二维计算流场分析工程应用
分类号: V231.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 22次
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内容摘要

多级轴流式压气机因其内部流动的大逆压梯度等工作特性，尤其是级间匹配等特点使得多级轴流压气机的研制难度很大。深入开展轴流压气机的相关理论基础研究和应用研究，掌握轴流压气机的设计和优化方法，对提高压气机的设计水平，推动高性能压气机设计方面的发展具有非常重要的作用。另外，多级轴流压气机的设计过程是一个需要反复修改、重复设计的过程，因此开展压气机优化设计的方法及理论的研究就成为了一个十分具有工程应用价值的研究课题。本文研究发展了一种基于压气机二维计算方法的压气机二维分析与优化设计方法。在以往大量的设计经验数据和实验数据的基础上，使用压气机的二维计算方法对压气机的性能进行计算可以得到十分准确的结果。本文结合压气机的二维计算方法与多目标遗传优化算法，形成了一个以二维性能计算为基础的压气机性能分析和优化设计方法。为了证明优化设计方法的实用性和可靠性，本文首先对一型大流量多级轴流压气机进行了优化设计，并利用二维和三维CFD的方法对优化设计前后的压气机性能进行了对比分析和研究，证明了优化设计结果的可靠性。为了进一步证明优化设计方法实用价值和可靠性，本文完成了另外一型压气机的优化设计工作，并且利用全三维CFD的计算和验证方法对优化设计结果进行了验证。最终证明本文所发展的压气机二维分析和优化设计方法具有较高的精度和可靠性，并且具有较高的工程应用价值。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-11
第一章绪论  11-19
  1.1 研究背景  11-15
    1.1.1 压气机的设计方法  11-12
    1.1.2 压气机的设计流程  12-15
  1.2 研究价值和研究方法  15-18
  1.3 本文主要研究内容  18-19
第二章压气机性能二维计算方法及压气机性能计算分析  19-32
  2.1 压气机二维计算模型的建立及基本控制方程  19-21
  2.2 基本控制方程的求解  21-24
    2.2.1 连续方程  21-22
    2.2.2 能量方程  22
    2.2.3 径向平衡方程  22-24
  2.3 压气机二维计算验证  24-31
  2.4 本章小结  31-32
第三章压气机二维优化方法的建立  32-39
  3.1 遗传算法  32-35
    3.1.1 多目标遗传算法  32-33
    3.1.2 多目标遗传算法 NSGA‐II  33-35
  3.2 优化算法与压气机二维优化设计  35
  3.3 压气机的二维优化方法  35-38
    3.3.1 优化变量的选取  36
    3.3.2 编码方式  36-37
    3.3.3 参数的设定  37
    3.3.4 压气机优化流程  37-38
  3.4 本章小结  38-39
第四章压气机计算分析及优化  39-83
  4.1 压气机设计简介  39-40
  4.2 压气机的计算与分析优化  40-54
    4.2.1 基于二维优化设计方法的压气机优化设计  40-48
    4.2.2 针对优化设计结果的分析和验证  48-54
    4.2.3 叶片安装角优化设计结果的结论和说明  54
  4.3 安装角及流道的优化设计与验证  54-82
    4.3.1 压气机的简介及计算分析  54-57
    4.3.2 压气机 CFD 计算及问题分析  57-67
    4.3.3 压气机优化设计及优化结果的 CFD 验证  67-82
  4.4 本章小结  82-83
第五章结论与展望  83-85
  5.1 结论  83
  5.2 展望  83-85
参考文献  85-88
致谢  88-89
在读期间发表的文章  89

多级轴流压气机气动分析及二维优化设计

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