高负荷吸附式压气机叶型的优化设计

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。

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注释表

缩略词

第一章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 提高单级压比的措施及其发展情况

1.3 附面层吸气的研究现状

1.4 本文的研究目的与内容

第二章 优化设计平台

2.1 数值优化模块

2.2 流场计算模块

2.3 目标函数设定模块

2.4 叶型参数化模块和初始叶型生成模块

2.5 小结

第三章 叶型的优化设计

3.1 优化算例1

3.2 优化算例2

3.3 小结

第四章 吸气参数对叶栅性能的影响

4.1 gambit网格划分和Fluent求解设置

4.2 吸气槽造型和吸气槽角度对叶栅性能的影响

4.3 吸气量、吸气位置和吸气槽宽度对叶栅性能的影响

4.4 吸气量和吸气槽宽度对吸气边界上参数分布的影响

4.5 小结

第五章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文

附录A平面叶栅进出口参数的确定

附录B 修改量控制点相对横坐标、设计变量及约束

附录C 无吸气平面叶栅的定性相似准则