壓氣機(jī)葉柵流動(dòng)研究及優(yōu)化平臺(tái).pdf

1、隨著燃?xì)廨啓C(jī)對(duì)多級(jí)軸流壓氣機(jī)的全工況效率水平、穩(wěn)定工作范圍等性能指標(biāo)提出了更高的要求。高氣動(dòng)性能葉片作為壓氣機(jī)重要組成部分，長期以來受到國內(nèi)、外研究人員的廣泛關(guān)注。
　　本文以拓寬壓氣機(jī)變工況工作范圍，減小總壓損失為目的，構(gòu)建了壓氣機(jī)葉片自動(dòng)優(yōu)化平臺(tái)。在優(yōu)化過程中，葉片造型方式、優(yōu)化變量選取、目標(biāo)函數(shù)構(gòu)建是影響優(yōu)化結(jié)果的重要因素。首先，選取某壓氣機(jī)末級(jí)靜葉中間截面為初始葉型，基于最小二乘法與Bezier曲線對(duì)初始葉型擬合，采用中弧

2、線貼厚度分布方法得到參數(shù)化葉型，在壓氣機(jī)葉片造型方法方面有一定的新穎性；其次，編寫MATLAB腳本文件實(shí)現(xiàn)生成網(wǎng)格模板及變攻角計(jì)算程序，采用Autogrid5自動(dòng)生成網(wǎng)格，基于SST湍流模型進(jìn)行流場計(jì)算；在得到流場計(jì)算結(jié)果后，設(shè)計(jì)一套大大減小計(jì)算量并符合本設(shè)計(jì)要求的目標(biāo)函數(shù)；基于造型參數(shù)對(duì)目標(biāo)函數(shù)的敏感性選取優(yōu)化變量。最后，為了使優(yōu)化自動(dòng)進(jìn)行，編譯接口程序、利用批處理將上述模塊串聯(lián)并集成在Isight軟件中，采用優(yōu)化算法進(jìn)行尋優(yōu)。采用面

3、向?qū)ο蟆⒛K化軟件開發(fā)方法，設(shè)計(jì)便于工程應(yīng)用的壓氣機(jī)葉片自動(dòng)優(yōu)化平臺(tái)軟件。
　　為了對(duì)所開發(fā)的優(yōu)化平臺(tái)軟件進(jìn)行優(yōu)化驗(yàn)證，利用此平臺(tái)對(duì)某葉型進(jìn)行優(yōu)化。其中，初始葉型是利用某多級(jí)壓氣機(jī)末級(jí)靜葉中間截面葉型的中弧線與CDA葉型厚度分布構(gòu)造成型，對(duì)其優(yōu)化設(shè)計(jì)，得到的優(yōu)化葉型較初始葉型的變工況工作范圍提高了30％，正攻角一側(cè)工作范圍提高了50%。為了進(jìn)一步研究在優(yōu)化中一些葉型參數(shù)對(duì)葉型表面流動(dòng)的影響，接下來對(duì)葉型參數(shù)與轉(zhuǎn)捩關(guān)系進(jìn)行研究。

4、r>　　轉(zhuǎn)捩位置往往影響著葉型損失。為了研究葉型參數(shù)對(duì)轉(zhuǎn)捩位置影響,在保證弦長，安裝角，進(jìn)、出口氣流角，相對(duì)前緣、尾緣半徑等不變的情況下，通過分別改變?nèi)~型相對(duì)最大厚度、前端厚度分布的撓度及最大厚度位置，并采用SST湍流模型、Gamma-Theta轉(zhuǎn)捩模型進(jìn)行流場計(jì)算，比較這些葉型參數(shù)對(duì)葉型轉(zhuǎn)捩位置的影響，即對(duì)葉型表面流動(dòng)的影響。在得到二維葉型優(yōu)化特性后，利用優(yōu)化葉型沿前緣積疊，得到矩形葉柵，進(jìn)而對(duì)三維葉片性能進(jìn)行研究。葉片前緣形狀往往對(duì)

5、葉片性能影響較大，通過改變?nèi)~片前緣長短軸比值發(fā)現(xiàn)：當(dāng)橢圓形前緣長短軸比增加時(shí)，葉片端區(qū)總壓損失系數(shù)有所減小。
　　最后，由于三維葉片端區(qū)往往存在著角區(qū)流動(dòng)分離情況，而端區(qū)流動(dòng)情況與中間截面截然不同，為了得到適用于端區(qū)的優(yōu)化葉型，利用壓氣機(jī)葉片自動(dòng)優(yōu)化平臺(tái)軟件對(duì)葉片端區(qū)葉型進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，得到的優(yōu)化葉片端區(qū)總壓損失減小，變工況工作范圍有所拓寬；采用端部彎的方法對(duì)葉片進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過改變端部彎角，分析得到隨著正彎角的增大，端區(qū)流動(dòng)分離情況