轴流压气机叶型的类 形函数表述方法及气动优化

利用分析函数表示叶型中弧线与厚度分布,结合准三维流动求解器以及序列二次规划算法对高负荷级的动叶和静叶进行了以减小落后角和气动损失为目标的气动优化。初始叶型为NACA 65叶型,中弧线采用广义抛物线表示,只用最大拱度和最大拱度位置控制;厚度分布采用一阶类/形函数表示,只用一个比例因子KR控制。叶型几何只用3个参数变量,实现对初始叶型的表达。优化后动叶和静叶设计点损失分别下降19%和7.4%,工作范围均有增加,静压比提高,优化叶型的气动分布符合可控扩散叶型的设计思想。     

叶片顶端跨音速叶型的气动性能分析与优化

应用流动计算分析软件CFX,对某大型汽轮机末级动叶顶部截面叶型的跨音速流动进行了数值模拟研究,分析叶栅中激波结构特征和流动损失机理.采用3阶Bezier曲线表达叶型中弧线,2阶与3阶Bezier曲线组合表达叶型厚度分布,结合Kriging代理模型优化叶型,改善气动性能.结果 表明:末级动叶顶部截面叶型气动损失主要与激波强度及其反射位置有关;叶型优化后,叶栅内激波强度减弱,相比原叶型,激波损失减少约32％,同时削弱了激波对边界层的影响,边界层损失降低约17％;优化叶型总压损失下降24％,气动性能明显提高.     

高负荷氦气压气机平面叶栅数值试验及叶型优化

基于大转折角基元级速度三角形设计概念,使用CFD软件对3种进气马赫数、6种进气角、3种扩压因子、3种叶栅稠度、2种叶型最大厚度比的共计324个平面叶栅流场进行数值计算。为了提高新型叶栅的性能,利用人工神经网络构建基于数据库样本空间的近似函数,采用遗传算法来寻找新的设计,并对新的设计进行气动性能预测。对中弧线和厚度分布进行优化,优化后总压损失系数降低了14.48%。     

1200mm末级超长叶片全三维工程设计的数值研究

采用汽轮机全三维粘性流场计算程序,通过优化匹配静、动叶和合理选择流道内的各项气动参数,成功地完成了全速机组超长1200mm末级叶片的工程设计。对设计结果的数值验证表明,后加载的弯扭静叶片使得流道内的流动均匀加速,从而减小叶型与二次流损失,并为动叶提供优化设计方案。在动叶下半部分采用后部加载叶型,在上半部分采用专门设计的超音速叶型,可降低激波及激波与边界层相互作用损失。     

有机工质向心透平静叶叶型优化研究

为提高10kW有机工质向心式透平的气动性能,利用Design Expert软件和ANSYS Workbench软件建立了静叶型线优化平台。以静叶效率为优化目标,将静叶型线的4个角度参数控制为设计变量,采用BoxBehnken试验设计方法进行试验设计,并对所有设计方案进行数值模拟计算,对有机工质向心透平的静叶型线进行了响应面分析及优化。优化后静叶效率达到90.911%,相比于原叶型,采用优化叶型后静叶效率提高了2%,流场分布更佳。研究成果可为有机工质向心透平的设计提供参考。     

轴流压气机叶片优化设计

开发了基于梯度法的数值优化程序,并与三维粘性流场求解程序相结合对跨音压气机动叶片进行了以绝热效率最大为目标的三维气动优化设计。先对其进行了沿弦长方向掠设计,绝热效率可提高约0．65％。再对所得掠叶片进行叶型中弧线优化设计得到最终叶片,与初始叶片相比绝热效率提高达1．05％。优化结果表明,动叶片的单纯掠型叶片改进气动性能有限,而弦向掠与中弧线的联合优化设计可以显著改善叶片排内流动状况,并具有良好的变工况性能。     

跨音轴流压气机气动设计与数值优化

介绍了带有进口导流叶片的三级跨音轴流压气机的气动设计与数值优化过程,气动设计采用准三维体系,包括一维平均流线设计、S2流面通流设计和任意中弧线叶片造型设计,并利用商用软件Numeca进行压气机流场分析.采用遗传算法结合人工神经网络的全局优化方法对第一级跨音动叶在多级环境下进行三维数值优化.结果表明:与优化前相比,优化后跨音级动叶叶尖的激波-边界层干涉损失明显降低,第一级动叶与三级压气机整机近设计点的绝热效率分别提高了0.87%和0.37%,压气机整机的质量流量、总压比、绝热效率和失速裕度均能够满足设计目标.     

基于NURBS曲线的高亚音速压气机叶型参数化建模方法研究

具有良好灵活性的高精度叶型参数化建模方法对于压气机叶型设计和优化具有重要影响。本文研究了一种基于非有理B样条曲线理论(NURBS)曲线组和遗传算法的轴流压气机叶片参数化建模方法。该方法基于中弧线厚度叠加法,采用两条三次七点NURBS曲线分别构造中弧线形状和厚度分布,前尾缘采用双二次NURBS曲线,通过多段曲线光滑拼接实现叶片造型。以压气机型线方差值最小作为目标函数,利用遗传算法实现了叶型的参数化建模。通过数值模拟实验证明,本文提出的参数化造型方法适用于高亚音速压气机叶型的参数化建模。     

大膨胀比对转式离心透平设计

为了设计高效、轻便、紧凑的叶轮机械,根据对转式离心透平的结构特点,选定9个独立初始设计变量,对大膨胀比对转式离心透平进行一维气动设计.采用中弧线叠加厚度方法进行高压静叶和低压动叶的叶片造型,通过压力面和吸力面单独造型完成缩放流道式高压动叶叶片造型,并采用CFX软件对其进行定常数值模拟.结果表明:大膨胀比对转式离心透平的...     

基于NURBS曲线的离心透平叶型设计

针对离心透平的环列叶栅叶型,采用四段三次NURBS曲线(非均匀有理B样条曲线),分别对前缘圆弧、尾缘圆弧、叶背、叶盆进行参数化表达,环列叶栅叶型的设计自由度为14个,可灵活进行局部调整。采用高精度流场模拟方法,基于优选法,获得气动性能较高的设计参数。结果表明上述方法简单易行,优选出的离心透平级设计工况及变工况气动性能都得到了显著提升,与已有文献相比,单排静叶总压损失系数降低18.85%,整级轮周效率提高4.08%,动叶叶片数也减少17个。     

亚声速透平叶型的参数化设计方法与应用

基于叶栅流动特征和参数化曲线构造方法,建立了一种基于速度三角形的透平亚声速叶型的参数化设计方法。设计过程分两步完成:第一步以叶栅进出口气流角为目标,选择合适的叶栅稠度,建立多项式表示的初始叶型;第二步以贝塞尔埃曲线表示初始叶型,设定叶型表面流动分布,采用叶栅PVD解法,修改叶型以逼近设计目标。应用该方法,设计了反动式和冲动式叶型,CFD流动性能分析的结果证明了该方法是有效可行的。     

地面重型燃气轮机压气机叶型的优化设计

将优化理论引入压气机叶型设计,建立了具有自动优化设计能力的平台。该平台由自主开发的二维叶型生成程序、网格生成软件Gambit、流场计算分析软件CFX以及自主开发的优化模块组成。以某地面重型燃气轮机压气机叶型为优化对象,以总压损失系数为目标函数,流场分析中考虑转捩情况。优化设计之后,叶型气动性能有较明显改善。设计工况下叶型总压损失系数较原型下降了3.63%,非设计工况下的性能也优于原型。     

高负荷蒸汽透平叶片的性能验证

为了提高蒸汽透平的内效率，新开发了一种用于高、中压级的高负荷动叶片。叶片的型线用5次贝切曲线表示，结合二维湍流S1流面流动分析，采用了一种新的交互式技术设计叶型。通过优化叶片根部截面表面的气动载荷分布来改变叶型，这种反问题设计叶型方法不但可以减少叶型 损失，还可以降低端壁损失。通过三维叶片级的流动分析和空气透平试验验证新设计叶片级的级性能。证明新设计叶片改善了根部和中部区域的性能。特别是在设计工况，高性能叶片中部的改善使级效率提高0．3％。因此，证明了新动叶能有效地提高蒸汽透平的内效率，并用减少15％的叶片数，可有效地降低制造成本。     

叶片中弧线和最大叶型厚度的计算

本文叙述了根据中弧线的二类定义,利用大挠度转轴三次样条拟合、双圆弧逼近和求圆弧、直线之问公切圆计算叶型中弧线的方法;根据叶型厚度定义,求叶型厚度以及对叶型厚度曲线求极值计算最大叶型厚度和最大厚度测量点位置的方法;用抛物线求导计算中弧线在进气边和出气边切线方向的方法.本文给出了主要的数学方法,程序介绍和验证计算数据.     

高效宽负荷汽轮机通流气动技术研究

文章针对高效宽负荷汽轮机中的通流气动技术进行了研究,包括高中压亚音速叶型设计、低压超音速叶片优化和低压排汽缸气动优化。亚音速叶型设计的主要目的是提高其宽负荷性,对新设叶型进行了叶栅试验和多级透平试验,新设的亚音速叶型不仅能量损失得到了降低,且攻角适应性更好;优化末级动静之间的匹配参数、静叶流型和弯曲规律及动叶型线的扭转规律,并对末级变工况性能进行分析,末级收益达到了预期收益效果;对低压排汽缸汽流的流动机理进行了深入分析,以削弱或消除通道涡为目的对排汽缸进行优化,极大程度改善了排汽缸的性能。     

一种新的轴流式透平叶栅叶型生成方法

提出了一种新的轴流式透平叶栅叶型的正设计方法,首先采用了二次曲线来生成初始叶型,以保证叶型型线具有良好的保凸性,再用高阶Ｂｅｚｉｅｒ函数对其进行高阶光滑,以保证其具有良好的流动性能。利用该方法所设计的叶型具有较高的效率和良好的气动性能。给出了已投入使用的叶型与该方法生成的叶型的性能比较,从结果可以看出,所生成的叶型是较为理想的。     

汽轮机高效叶型开发气动性能试验研究

通过开发高效的叶型提高汽轮机通流效率是汽轮机通流设计中最重要的手段之一,为提高汽轮机机组经济性,东方汽轮机有限公司开发一种高效叶型,为了解该叶型的气动性能,对该叶型开展了系统的气动性能试验研究,首先通过平面叶栅、环形叶栅试验得到叶栅详细的损失特性、通流能力等气动性能参数,最后通过多级空气透平试验验证叶型的通流效率,所获得的试验数据和分析结论为高效通流设计中叶型的合理选取提供了重要的基础理论和试验数据支撑。通过与原有叶型的对比结果表明,通流设计中采用新开发的高效叶型,通流效率得到明显的提升,有效提高了汽轮机机组的经济性。     

超微涡轮动叶栅叶顶间隙对流场影响的数值模拟

通过数值求解基于雷诺时均的三维定常粘性N-S方程,结合RNGk-ε湍流模型和非平衡壁面函数,对一种超微型向心涡轮动叶栅内的流动情况进行了数值模拟。揭示了具有极低展弦比动叶栅叶顶间隙对流场参数分布和气动损失的影响,为超微涡轮的设计和改进提供了理论依据。模拟结果表明,叶顶间隙的大小对通道内马赫数分布有重要影响,其中顶部间隙射流所引发的泄漏涡与主流的掺混是主流马赫数降低的重要原因;叶顶间隙的存在使得总压损失系数均匀化,即近壁区和主流区的总压损失都较高;动叶栅在叶展方向上的载荷分布均匀,弦向载荷主要由接近尾缘的弧段承担;模拟中还解析出三维的尾迹涡,这主要是动叶栅尾缘过厚所导致,应进行叶型改进。     

最大厚度位置对高亚音轴流压气机叶型设计的影响

为了在具有不同负荷的压气机叶栅的初始设计过程中选取最大厚度位置,采用数值方法对在不同折转角的高亚音来流条件下对扩压叶栅进行了大量的系统性研究,分析了最大厚度位置、折转角以及稠度3个叶栅几何参数对叶栅变冲角特性以及对最小损失冲角下的叶栅气动性能的影响规律.基于大量叶栅样本建立数学模型,用来定量描述最小损失冲角,以及最小损...     

高亚声速叶型优化设计研究

搭建了一叶型优化平台,并基于此对一高亚声速叶型进行了多目标优化设计。研究结果表明,应用叶型优化技术后,叶型负荷呈前加载分布且前缘Spike强度减弱,设计以及非设计冲角下的气动损失均大幅度降低,叶型有效工作范围冲角增加。