基于控制理论和N-S方程的二维叶栅气动优化算法

来源 :中国工程热物理学会2008年热机气动热力学与流体机械学术会议 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xqxcb
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基于控制理论的气动优化方法的计算量与设计变量无关,可快速精确的完成控制变量的灵敏度分析。本文以出口熵增最小为目标函数,详细推导了二维N-S 方程伴随系统的偏微分方程组及其相应的边界条件和敏感性导数的表达式。以拟牛顿算法为优化求解器,利用CFD 方法求解流动变量,采用时间推进方法求解伴随方程,建立了基于粘性伴随方法和N-S 方程的二维叶栅气动优化设计算法。
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本文选择叶片折转角分别为113°、128°和160°的3种高负荷涡轮平面叶栅,开展了直叶栅和正/反弯曲叶栅流场测量和流动显示研究,讨论了叶片弯曲对壁面流谱和流动损失的影响。结果表明:当叶片折转角为113°时,正弯叶片可以减少流动损失,但效果不明显;当叶片折转角为128°时,叶片反弯的效果明显,叶栅损失最大可降低19%,叶片正弯则使得流场恶化;当叶片折转角为160°时,叶片反弯能在一定程度上降低叶栅
以小型燃气轮机为研究对象,针对涡轮通过固壁向压气机导热,推导分析了压气机和涡轮非绝热运行工况热力学模型。基于一定假设,提出了不同的效率定义式,进而从热力循环角度研究了热量传递如何改变整机系统实际出功量和效率,结果表明不同的热量传递方式以及压比温比的改变都会对系统性能造成不同程度的影响。
本文以NASA rotor37 为原型,进行了平行于轴向的前掠设计,利用经过校核的三维数值计算方法对前掠引入前后的压气机内部流动进行了详细的数值模拟。数值计算结果表明前掠可以在一定程度上改善压气机的工作裕度,但同时伴随着压气机的效率和压比的降低。对前掠引入前后压气机内部流场详细的对比分析表明:前掠使叶片顶部上游部分的载荷降低,激波后移,使得间隙泄漏流和激波的相互作用产生的低速区域变小,从而改善了压
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鉴于不同类型压气机的叶顶泄漏流非定常性具有不同的表现形式,为建立统一的认识规律,在第一部分研究结果的基础上,本文采用数值模拟方法研究了某跨音速轴流压气机转子在设计间隙、不同流量工况下叶顶泄漏流非定常流动特征。结果显示设计间隙下,该转子在大部分工况下都出现非定常波动现象。本文观察到的非定常波动现象主要存在于叶顶,是由叶顶泄漏流自激非定常性引起,与激波及波涡干涉关系不明显。针对设计间隙下近失速工况,分
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本文数值研究了燃气轮机动叶叶顶凹槽不同肩壁厚度对叶顶间隙泄漏流动和换热特性的影响规律。数值方法采用时间推进法求解定常可压缩雷诺平均N-S方程,湍流模型采用标准ω . k 两方程模型。通过对计算所得的不同叶顶间隙条件下平顶叶栅的换热系数分布与试验数据相比较,验证了数值方法的可靠性。数值分析了凹槽叶顶不同肩壁厚度时的动叶顶部间隙流动和换热特性,研究结果表明:随着肩壁厚度从1.00mm增大到2.50mm
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进口畸变是轴流压气机实际运行当中诱发流动失稳的重要因素。对航空发动机的安全运行构成了严重威胁,因此如何采取有效措施提高航空发动机的抗畸变能力一直是航空工业的热点和难点。本文采用叶顶微喷气方法有效地提高了旋转畸变条件下轴流压气机的失稳裕度,并对其扩稳机理进行了分析,发现实施叶顶微喷气后,临近失速时,压气机顶部分离团受到抑制,从而改善了压气机叶顶间隙流场,实现扩稳目的。