【摘 要】
：
为了提升低转速工况下压气机的气动性能,采用人工神经网络与遗传算法相结合的优化方法对某单级离心压气机离心叶轮的弯特性进行优化计算.利用NUMECA软件对该离心压气机进行了不同转速的数值模拟,得到压气机不同工况下的气动性能.通过设置不同控制参数和曲线形式对离心叶轮叶片进行参数化拟合,以8个改变叶片弯特性的参数为自由参数进行了叶型优化设计,最终得到了优化后的叶轮叶片.结果 表明:优化后在低转速的设计工况下离心压气机压比增加了4.69％,稳定裕度拓宽了17.41％.
【机 构】
：
哈尔滨工程大学动力与能源工程学院,黑龙江哈尔滨150001;中国舰船研究设计中心,湖北武汉430064
论文部分内容阅读
为了提升低转速工况下压气机的气动性能,采用人工神经网络与遗传算法相结合的优化方法对某单级离心压气机离心叶轮的弯特性进行优化计算.利用NUMECA软件对该离心压气机进行了不同转速的数值模拟,得到压气机不同工况下的气动性能.通过设置不同控制参数和曲线形式对离心叶轮叶片进行参数化拟合,以8个改变叶片弯特性的参数为自由参数进行了叶型优化设计,最终得到了优化后的叶轮叶片.结果 表明:优化后在低转速的设计工况下离心压气机压比增加了4.69％,稳定裕度拓宽了17.41％.
其他文献
为了研究工业燃气轮机燃烧室旋流器旋流角度对燃料/空气混合均匀度以及NOx排放的影响,针对某型燃烧室的中心分级双级轴向旋流器,应用Fluent软件,选择Realizablek-ε和Species Transport模型,在燃气轮机的设计工况下对不同旋流角度回流区形态、甲烷的体积分数分布、温度场和污染物的排放进行了数值模拟.研究表明:随着内旋流角度从30°增加到50°,燃烧室内流场形成的回流区尺寸有减小的趋势,燃料的分布趋于均匀,主燃区最高温度从2304 K降低到2180 K,NOx排放呈先增大后减少的趋势,
为了探究气膜冷却的优化设计方法,研究并搭建了气膜冷却优化设计平台.利用该优化设计平台能够实现气膜冷却结构的参数化设计、网格自动生成、自动CFD计算及后处理和自动优化寻优过程.同时在该优化平台下,利用试验设计(DOE)方法挑选出了对目标函数影响最大的几个变量.最后利用该优化平台,实现了对某型高压涡轮第一级导叶前缘气膜孔的单目标优化,优化后叶片综合平均冷却效率提高了18.8％,叶片前缘的平均温度降低了40 K.
提高涡轮进口温度是有效提升燃机热效率的重要途径,交叉肋冷却结构因其冷却效率高、冷却气体用量少的特点受到广泛关注.本文按照采用响应面设计方法得到的曲面优化设计方案,对某型涡轮叶片局部交叉肋冷却结构流道进行数值模拟,分析了肋宽与肋间距以及肋片倾斜角度对交叉肋通道换热与流阻特性的影响,结果表明:肋倾角小,肋宽与肋间距之比大,雷诺数小的方案换热能力更强,雷诺数高的方案的阻力损失更大;肋倾角大,肋宽与肋间距之比小,雷诺数小的方案综合换热效果更好.此外,结合响应面方法获得了该局部位置交叉肋的气动和传热性能的预测公式.
为解决燃气轮机涡轮在端区二次流动造成的流动损失,对叶身/端壁融合(Blended Blade and End Wall,BBEW)技术在涡轮气动优化中的有效性进行研究,以E3模型高压涡轮第一级叶栅为研究对象,对涡轮叶片吸力面下端壁进行不同形式的叶身/端壁融合造型.设置入口总温为709 K,总压为344.74 kPa.通过数值模拟研究叶身/端壁融合技术在降低端壁气动损失及提高涡轮级效率和做功能力方面的贡献.研究结果表明:融合技术的应用能够有效减少端区局部流动损失,提升涡轮级做功能力,但同时会增加最大融合圆角
为了保证船用8级低压压气机在低工况稳定性不降低的前提下,同时提高设计点效率,通过数值模拟的方法研究展弦比优化对压气机设计点效率的影响.分析结果表明:展弦比的选取会影响主流区的流动损失和端壁二次流损失,进而影响压气机性能.优化了多级压气机后面级展弦比,将设计点效率提高了0.42％.同时,通过优化可转导叶偏转角度,确保了60％转速的喘振裕度不降低.
为了研究离心压气机扩压器异常叶片对于失速现象的诱发效果,以带有叶扩压器的高速离心压气机为研究对象,通过整体或局部改变扩压器叶片安装角,开展非定常数值模拟研究并与实验结果对比验证,研究叶片安装角改变对离心压气机性能、动态特性以及失速机理的影响规律.研究表明:整体负方向旋转叶片安装角会促使扩压器更加不稳定,旋转角度从-5°到5°,最高效率点对应的质量流量逐渐增大.其中安装角偏转+5°扩压器叶片前缘靠近轮缘壁面发生流动分离,诱使无叶区间产生回流;而偏转-5°扩压器轮毂附近的流动分离主要发生在尾缘,造成扩压器叶片
可转导叶由于端部间隙和转轴的存在,会产生复杂的二次流动.本文对LISA涡轮进行变几何改型,采用几何约化法对该1.5级变几何涡轮进行数值模拟,详细探究了可转导叶间隙高度对可转导叶(S1)涡系的流动细节和载荷的影响,并深入研究其非定常流动对下游叶排的干涉及二次流输运过程的影响.计算结果表明:泄漏涡(LV)、角涡(CV)和通道涡(PV)共同组成了可转导叶的涡系;可转导叶端部间隙高度影响流动损失和级效率大小,设计间隙下该变几何涡轮S1时均总压损失系数Y为10.32％,涡轮时均总总效率ηtt为82.26％;可转导叶
叶片参数化是叶轮机械气动优化过程中十分重要的一个环节,它决定着叶片的气动优化空间.传统叶片是通过叶片几何或特征来实现参数化,很少利用气动参数来实现.为了解决该问题,提出一种基于气动参数的三维叶片参数化方法,该方法通过经验公式将气动参数引入叶片参数化过程,并利用几个重要截面中的两条重要特征曲线(中弧线和厚度分布曲线)实现叶片重构.通过对实际叶片进行参数化可以发现:参数化后叶片与原始叶片之间的几何相对误差最大不超过0.01;两者表面压力系数变化趋势基本一致.因此,该方法不仅能够准确描述三维叶片形状,还将气动参
变几何涡轮使发动机在变工况下的性能得到提升,为了更透彻地了解变几何涡轮导叶转动过程中参数的变化情况,通过数值模拟及试验方法探究可调叶栅过渡态特性.将变几何涡轮导叶进行调节,导叶调大范围为0°～6°,导叶调小范围为0°～-5°,观察过渡态参数变化规律.试验研究表明:导叶在调大及调小过程中,导叶出口质量流量、绝对气流角和绝对马赫数随转角接近线性变化,导叶出口总压损失系数和熵增接近抛物线变化;导叶从0°向-5°转动过程绝对出口马赫数减小了2.2％,总压损失系数增加了37.3％;导叶从0°向6°转动过程中,导叶出
为研究不同吞雨条件下雨滴的运动形式以及各级压气机的性能变化特点,以某三级压气机为研究对象,使用CFX软件进行数值模拟,选择k-ε湍流模型,针对压气机干压缩、整周均匀吞雨和周向非均匀吞雨3种不同工况,对比分析雨水对压气机流场和性能的影响机理.结果 表明:雨滴和空气之间的粘性力引起的额外流动损失以及雨滴的蒸发效果在各级压气机内存在差异,雨水在进口局部区域浓度较大将导致流场沿周向分布不均匀;相比于均匀吞雨,多级压气机非均匀吞雨工况下整机性能下降幅度增大,稳定工作范围进一步减小;雨滴的蒸发强度沿流动方向逐渐增大,