谈述叶轮机械叶片全三维反理由优化设计策略址

摘要：本论文以工程运用为背景,基于数值求解N-S(Nier-Stokes)方程,对叶轮机械叶片全三维反不足优化设计策略进行探讨,开发了相应的流场正不足计算和叶片反不足设计程序,并针对轴流风扇/压气机中的跨音速转子开展了优化探讨。在叶片内部流场计算方面,采取圆柱坐标系下的N-S方程和Spalart-Allmaras湍流模型、MUSCL差分格式、LU-SGS隐式策略进行求解；计算域网格选用H型,便于反不足优化设计历程中转变叶片的几何形状后,网格进行自动更新。在程序调试和验证部分,将跨音速叶片Rotor67和Rotor37的流场数值模拟结果与各自的试验数据进行比较,考察了5种常用差分格式限制器以及入口边界条件中湍流粘性的选取对计算效果的影响,结果表明：程序能够较准确地捕捉流场中的激波、附面层分离等主要特点,满足工程运用的精度要求。反不足设计策略通过给定叶片表面的静压分布以反求叶型。检测设叶表的网格点有着虚拟移动速度,迭代历程中由原叶片、过渡叶片表面的实际静压与目标静压之差来驱动叶型修改。详细介绍定解条件给定策略、叶片表面型线的修改和光滑策略、计算域网格更新等内容,并采取对静叶减薄和动叶加厚的返回试验来验证该策略的可行性,收敛结果能很好地满足给定的目标静压分布。在对典型跨音速转子内部流动机理认识的基础上,根据流道内不同叶高截面的流场结构、损失和稳定性特点,提出分区优化的原则和具体实施步骤,即调整流向负荷分配和叶表局部静压梯度,以减弱亚音速流动区域中吸力面附近的附面层分离和超音速区激波的强度、位置及其与附面层的干涉。以Rotor67转子为探讨对象,将分区优化原则运用到叶片的部分及整体叶展优化中,浅析亚音速和超音速流动各自的静压、负荷分布制约规律及其对总性能、流场细节和出口参数的影响；反不足优化设计耗费约2倍的正不足计算时间即达到收敛,效果良好,可减少流场的分离和激波损失,使新叶片在近设计点级间匹配参数基本不变的情况下,绝热效率提升约0.6%,设计转速下的堵塞流量增加约0.5%,体现该策略的有效性。关键词：全三维反不足论文优化设计论文跨音速转子论文激波论文Nier-Stokes方程论文

摘要5-6

Abstract6-8

目录8-10

图目录10-13

表目录13-14

主要符号对照表14-16

第1章 引言16-34

1.1 探讨背景16-18

1.2 探讨的论述和实际作用18-19

1.3 反不足的探讨进展及近况19-31

1.3.1 国外的探讨进展19-28

1.3.2 国内的探讨进展28-29

1.3.3 反不足优化设计策略小结29-31

1.4 跨音速风扇/压气机叶片设计技术进展31-33

1.5 本论文的探讨内容33-34

第2章 流场数值计算策略34-61

2.1 相对圆柱坐标系下的Nier-Stokes方程35-37

2.2 Spalart-Allmaras湍流模型37-38

2.3 制约方程的曲线坐标转换38-41

2.4 LUSGS隐式解法41-43

2.5 系数矩阵及亚通量43-45

2.6 差分格式45-46

2.7 边界条件及初场分布46-48

2.8 网格生成48-51

2.9 程序设计和计算实施51

2.10 程序验证51-60

2.10.1 Rotor 67转子流场计算51-57

2.10.2 Rotor 37转子流场计算57-60

2.11 本章小结60-61

第3章 反不足设计策略61-78

3.1 反不足设计策略实施步骤61-62

3.2 叶型修改策略62-65

3.3 叶型光滑策略65-70

3.4 反不足设计算例70-76

3.4.1 静叶减薄返回试验70-73

3.4.2 动叶增厚返回试验73-76

3.5 反不足设计策略讨论76-78

第4章 反不足优化策略探讨78-101

4.1 跨音速转子的流场结构特点78-82

4.2 优化设计原则82-84

4.3 亚音速流动区域优化84-89

4.4 超音速流动区域优化89-95

4.5 跨音速转子整体优化95-100

4.6 优化策略小结100-101

第5章 探讨总结与展望101-103

5.1 探讨总结101-102

5.2 本论新点102

5.3 探讨展望102-103