轴流压气机叶型气动数值优化方法研究

摘要

随着CFD技术的日益成熟与数值优化理论的不断发展，叶型气动数值优化方法越来越受到人们的重视。叶型气动数值优化方法是一种将叶型正问题流场计算与数值优化技术相结合、用数值方法替代设计人员经验进行寻优的叶型设计方法。相比于传统的设计方法，该方法具有客观、经济、高效等优点，是目前国内外叶轮机械领域研究的热点之一。
　　在优化设计流程中，叶型的造型方式、优化变量的选取、目标函数的构建是影响优化结果的重要因素，决定了一个优化方法的优劣。本文从以上三个方面入手，选取某型压气机第四级静叶的中间截面为初始叶型，基于最小二乘法与Bezier曲线对初始叶型进行拟合，采用中弧线贴厚度分布的方法生成参数化叶型；采用autogrid自动生成网格，基于SST湍流模型对流场进行计算；在前人的基础上设计了一套计算量大大减小、优化效果更符合本文设计要求的目标函数作为寻优准则；基于造型参数对目标函数的敏感性选取优化变量，其中敏感性分析的样本库采用拉丁超立方试验设计方法生成；选择适合叶型优化设计的优化算法进行寻优计算。最后基于Isight集成上述过程，建立了叶型气动数值优化设计方法。从攻角-损失特性、马赫数-损失特性和雷诺数-损失特性三个方面详细比较了优化叶型和初始叶型的性能，证明了优化叶型性能的优越性，从而验证了本文的叶型气动数值优化方法。

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第1章 绪论

1.1课题研究的背景与意义

1.2 轴流压气机叶型设计方法综述

1.3 轴流压气机叶型气动数值优化设计方法研究现状

1.4 本文的主要研究内容

第2章 叶型优化数值计算方法

2.1 引言

2.2 基本控制方程

2.3 湍流模型

2.4 控制方程的离散与求解

2.5 初始叶型的网格生成与定解条件

2.6 初始叶型与经典叶型对比分析

2.7 本章小结

第3章 轴流压气机叶型参数化方法研究

3.1 引言

3.2自主开发的轴流压气机叶型参数化方法

3.3叶型参数化方法验证

3.4 叶型前缘形状对叶型损失的影响研究

3.5 本章小结

第4章 叶型气动数值优化设计方法

4.1 引言

4.2 基于Isight的叶型气动数值优化流程

4.3 叶片造型方法

4.4 基于造型参数敏感性的优化变量选取准则

4.5 目标函数设计

4.6 优化算法介绍

4.7 本章小结

第5章 不同气动数值优化方法对比验证

5.1引言

5.2 不同优化方案对比分析

5.3 优化叶型与初始叶型对比分析

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢