涡轮叶片三维气动优化设计

根据五次多项式叶片造型方法进行叶型参数化，得到涡轮叶片的参数化模型，采用N—S方程进行三维流场计算，使用模拟退火算法和序列二次规划算法相结合，以涡轮气动效率为目标进行了优化，优化结果显示涡轮气动效率得到提高。算例表明文中涡轮叶片参数化方法是可靠的，文中提出的叶片三维气动性能优化方法是可行的。     

基于Bezier曲线的涡轮叶片参数化造型及优化设计

定、转子叶片的结构设计决定着涡轮钻具的工作性能。基于Bezier曲线理论方法,结合Turbosystem系统,提出了一套涡轮叶片参数化造型、性能预测到优化设计的完整数值模拟方法,并与试验数据对比验证了该方法的可行性。以Φ127涡轮钻具为例,基于此数值模拟方法,根据速度场和压力场以及叶片输出特性对叶片进行了优化设计,结果表明,优化改善了涡轮叶片工作时压力面、吸力面的脱流和漩涡现象,输出扭矩平均提升了1.022 N·m,效率平均提高了6.14%,涡轮钻具的整体工作性能得到改善。研究可为涡轮钻具叶片的设计和优化提供新的思路和科学依据。     

叶片高质量造型方法研究

通过对叶片自由曲面造型方法的研究 ,分析了现有造型方法中的若干曲面质量缺陷 ,指出了导致曲面质量缺陷的根本原因。以从截面线计算叶片截面中弧线和厚度分布曲线算法为基础 ,提出一种数据点参数化方法 ,实现了保证厚度特征的叶片高质量造型方法 ,有效地解决了叶片曲面造型质量问题     

基于近似的涡轮冷却叶片外形多学科设计优化

研究多学科耦合作用下的复杂结构快速设计优化技术,解决了涡轮冷却叶片设计优化的高设计成本和数值噪声问题.函数解析与特征造型方法结合造型软件二次开发技术,实现了涡轮冷却叶片几何模型参数化及自动造型;流热耦合分析方法得到准确的气动与传热结果,通过保持与流热耦合分析模型网格节点的一致,将温度、压力等载荷信息精确传递到振动和强度分析模型;根据强度分析结果,采用经验公式方法预测叶片蠕变寿命,实现涡轮冷却叶片的多学科分析.以涡轮叶片叶尖和叶根两个外形截面18个设计参数为变量;优化拉丁超立方方法采样建立样本空间,利用Kriging函数构造快速分析模型;以叶身温度、总压损失和重量最小为优化目标,以共振裕度、应力、寿命和最大变形量为约束,建立高维、非线性设计空间下复杂涡轮冷却叶片涉及气动、传热、强度、振动和寿命等多个学科的多目标设计优化系统,最终实现叶片外形的设计优化,提高叶片的综合性能.     

汽轮机叶片参数化设计关键技术研究

为提高汽轮机叶片的设计质量和设计效率,以Access数据库为核心,利用VC＋＋语言开发了一套基于UG平台的汽轮机叶片参数化设计软件。研究了叶片3维造型及2维工程图绘制的关键技术,给出了叶身造型的关键步骤。为了生成参数化的叶片2维工程图,给出了工程图布局的算法,提出了用优化与样条插值相结合求相贯线的方法和工程图尺寸函数开发的旋转法。应用该项技术开发的叶片设计系统已在某汽轮机厂的叶片设计中得到应用。     

基于Wilson理论和粒子群优化算法的风力发电机叶片参数优化

为了提高风力发电机叶片的气动性能,在Wilson理论优化叶片弦长和扭角的基础上,以风力发电机的年发电量为优化目标,以叶片的弦长、扭角和翼型布置位置为优化变量,通过粒子群优化算法对风力发电机机叶片的参数进行优化。通过叶片参数优化,风力发电机的年发电量增大了0.189GWh,增幅为6%,风能利用效率同时得到提高。     

烟气轮机动叶片的参数化建模及加工仿真

运用NURBS曲线拟合算法将节点插入算法应用到动叶片截面型线造型中,采用UG软件中的NURBS样条曲线构造器功能在多个截面上准确绘制出动叶片的截面曲线造型,并利用NURBS曲面造型模块生成烟气轮机动叶片的实体模型。对零件结构特点进行工艺分析,运用UG的加工模块进行加工仿真,生成刀具轨迹并进行试验加工,为后续烟气轮机动叶片的数控加工提供依据。     

三维涡轮叶片交互式造型程序设计

介绍和讨论了十二参数法、预置曲率法、和Bezier曲线法三种典型的涡轮叶片解析造型方法的原理和步骤,以及叶片的三维复杂成型方法。并且编制了基于以上方法的三维涡轮叶片造型交互式程序,以设计实例阐述了叶片造型原理和步骤、交互式程序的编制方法和功能。分析和讨论说明：该程序便捷、高效、可靠,具有强的干涉性和交互性,能够满足复杂的涡轮三维弯扭掠叶片造型工程实用需要。     

基于NURBS的涡轮叶片参数化设计

在分析叶片翼型的基础上,给出了一种叶片参数化设计的方法.该方法运用NURBS进行翼型模板的定义,并根据叶片翼型弦长、安放角、叶片半径、翼型模板等参数进行叶片翼型数据的自动计算,求得各截面控制顶点的实际坐标,叶片参数化设计系统自动生成叶片的三维模型,实现了叶片的参数化设计,提高了设计的灵活性,为后序的分析和加工提供了有力支持.     

风电机叶片设计参数的整体优化

分析叶片在非设计点的气动性能和功率控制方式,研究叶片在实际运行风速范围内的风能利用系数,建立不同优化模型,设定实度最小或能量输出最大为优化目标,运用数学规划和遗传优化算法,对叶片气动参数进行优化设计,得到了1.2MW风机叶片整体优化的设计结果。经对比和仿真计算,可知整体优化后,叶片气动性能得到改善。     

叶片电解加工三头柔性进给方向优化设计

以某型发动机叶片为研究对象,设计了新的三头柔性进给的电解加工方式,对毛坯装夹角度和阴极进给方向进行优化选择,提出了叶盆、叶背采用不同进给角度进行加工的方式来提高叶片的加工精度,以实现全方位叶片电解加工。进行了叶片电解加工实验,结果表明该进给方式可兼顾叶身和缘板的精度要求,实现叶片的全方位电解加工。     

空冷汽轮机低压级组叶片模化设计与开发

针对空冷汽轮机低压级组叶片设计困难的问题,基于叶片模化设计技术,结合先进的计算流体动力学(CFD)技术,提出了空冷汽轮机低压级组叶片模化和改型优化设计方法.该方法主要是用于将母型低压级组叶片通过模化设计改进为与设计目标总体性能参数相近的低压级组,在此基础上,应用三维气动分析设计优化方法对低压级组进行了改型优化设计,得到了满足设计要求的空冷低压级组叶片;同时,对低压级组进行变工况分析,以保证低压级组在许用范围内具有较好的变工况性能.该方法将多种先进技术相结合,缩短了开发周期,降低了开发成本.研究结果表明,采用该方法开发的低压级组能够很好地继承母型低压级组的优良特性,保证了叶片的安全性和可靠性,具有良好的气动性能和适用范围.     

三维涡轮叶片气动优化方法的研究

提出一种进行三维涡轮叶片气动优化的多目标多约束方法.根据五次多项式方法进行三维涡轮叶片的参数化建模,采用N-S(Navier-Stokes)方程和湍流模型进行三维流场分析计算,K-S(Kreisselmeier-Steinhauser)函数法作为优化方法,利用近似技术加速循环优化速度,以气动效率和总压比为目标函数,对涡轮叶片进行多目标气动优化、形状优化.算例表明,使用该方法能使涡轮叶片的性能得到明显改善,证明提出的优化方法可行有效.     

压气机叶片三维流场耦合反问题设计方法

针对航空发动机等领域高性能压气机的发展需要,研究、构建并验证了一种压气机叶片三维反问题设计方法。该方法以叶片壁面压力分布作为目标参数,采用基于特征波理论的可穿透壁面边界条件计算匹配预设压力分布的流场,通过流线追踪求解目标叶片。根据叶片求解系统对流场参数的敏感性分析,提出采用重构独立型面求解网格和对预设压力分布添加松弛因子两种降低对流场计算精度依赖程度的措施,在几乎不增加计算资源需求和设计时间的前提下,提高了反问题设计系统的求解准确度。为检验反问题设计方法关键原理的正确性和降低设计误差措施的有效性,进行了多种算例验证,结果表明所构建的反问题设计方法可准确高效地实现轴流压气机叶片气动反问题设计。     

An experimental study for the flow rates of automatic pressure smoke dampers and their applications

Smoke spread from a fire is a major cause of mass casualties. To suppress smoke spread, escape routes are pressurized and smoke dampers are used. In Korea, the automatic pressure smoke damper (APSD) was recently adopted in escape routes, and the number of APSDs is increasing concomitantly with the increase in the number of high-rise buildings. In this study, a more efficient method for the assessment of the flow rates of APSD was experimentally studied for multi-blade types of which the blade angle is controlled. A modified wind tunnel was used to measure the relationship between the pressure difference and the flow rate with a blade angle variation for three kinds of APSD. As a result, the performance of the APSDs could be presented as a function of the pressure difference and blade angle. Using this performance function, a volume of information regarding the characteristics of the APSDs could be easily extracted. Furthermore, some experimental methods, based on the performance of the APSD, were suggested to assess the smoke suppression velocity and the effective leakage area in practical buildings.     

静叶尾迹对压气机动叶非定常气动载荷的影响

以某型航空发动机压气机转子系统为研究对象,建立了单级叶盘的三维结构及流场模型。通过对滑移网格(sliding mesh,简称SM)方法与运动坐标系(moving reference frame,简称MRF)方法在计算耗时和收敛性方面的比较,证明了运动坐标系方法的准确性和高效性。考虑前一级静叶尾迹的影响,求解压气机内部在不同时刻的流动特性,得到静叶尾迹对动叶流场的非定常干扰情况。经过对压气机叶顶和轮毂、动叶压力面和吸力面非定常气动载荷的分析发现:在动叶流场的前缘形成了较主流区压力和速度较低的不均匀流场,且在动叶前缘叶顶位置受到的气动载荷最为显著;动叶压力面和吸力面气动载荷的分布规律相反,从叶顶至轮毂、前缘至尾缘,压力面非定常气动载荷的大小和波动幅度逐步递减,而吸力面却与其相反,呈现出逐步递增的趋势。该研究为某型航空发动机压气机叶盘转子系统的动力学设计提供了理论依据。     

冷却用弯掠轴流风机的变型设计与数值分析

采用Navier-Stokes方程和标准κ-ε湍流模型,对已有的某弯掠轴流风机进行数值模拟,并与实验结果进行对比,验证了数值方法的准确性。为满足给定的性能要求,以该风机弯掠叶片为基础,利用变型设计方法得到四种结构的叶轮并对其进行数值模拟和性能预测。比较分析Z=5时3种结构叶轮出口轴面全压分布云图及叶顶径向回转流面上流线分布图:叶顶前缘高压随叶片安装角的增加而增大;回转流面上流线分布均匀,叶顶吸力面前缘存在小的涡流区域,且随叶片安装角增加而增大。     

涡轮叶片电解加工的流场仿真分析

涡轮叶片是航空发动机中的重要零件,主要加工方式是电解加工。基于电解加工流场理论,建立涡轮叶片的三维模型和电解加工的流场模型。应用COMSOL Multiphysics软件对涡轮叶片电解加工进行流场仿真分析,研究流场的分布及特性,分析不同加工间隙和不同电解液压力对流场的影响。通过分析,得出涡轮叶片电解加工时加工间隙、电解液压力与流场流速之间的关系。     

考虑攻角、落后角的反方法叶型设计优化技术

使用势流函数法进行反方法叶型设计,采用了一种非线性优化速度分布的方法分别针对吸、压力面的初始速度分布采用不同的优化手段,可以有效的调节口十型的厚度。并且在设计中可以自由给定攻角、落后角,通过速度分布的优化得到符合工程应用要求的叶型。并依据探索出的速度分布优化准则,设计出了某型压气机第一级静子尖、中、根三个典型截面的叶型。     

应用复合进化算法的叶栅气动优化设计方法的研究

采用结合进化算法和单纯形法的复合进化算法为优化算法,对跨音速轴流压气机叶栅进行气动优化设计。气动性能评价采用Reynolds平均Navier Stokes方程求解技术,采用Baldwin Lomax紊流模型封闭求解的方程。优化设计目标是最大化静压比。设计变量是叶栅型线的Bezier曲线控制点坐标。优化设计结果表明优化设计得到的叶栅具有高静压比和良好的气动性能,同时证明了复合进化算法是一种高效寻优算法。