轴流压气机叶片气动性能优化设计

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燃气轮机在军用和民用领域占有极其重要的地位,压气机作为燃气轮机三大核心部件之一,一直处在燃气轮机性能研究的关键位置。叶片作为压气机内部的主要部件,其几何形状和相应的气动力特性在影响压气机绝热效率的诸多因素中起着决定性作用。因此,开展压气机叶片优化设计工作具有现实意义。本文以某型燃机压气机前两级模化得到实验用2.5级跨音速轴流压气机为研究对象,开展压气机叶片气动性能优化设计,本文主要研究内容如下:
  1)数值模拟压气机不同工况下流动特性,绘制压气机特性曲线,对比实验结果验证数值模拟精度,确定压气机叶片气动性能优化数值模拟方案,分析压气机流道内流动损失特点,为压气机叶片气动性能优化提供参考。
  2)基于对不同拟合曲线、不同流面和径向分布方式、不同叶片积叠方式的特点分析,选用贝塞尔曲线和B样条曲线对压气机全部叶片进行参数化拟合,为压气机叶片气动性能优化提供高精度的参数化叶型。
  3)结合人工神经网络与遗传算法,从拟合后的叶片全部控制参数中选择12个可以控制叶片弯掠特性的参数进行调整,在设计工况下以提高绝热效率为目标进行优化设计与数值模拟计算,通过30步迭代得到最终优化叶片。
  最终研究结果表明,压气机第二级叶片对压气机流场的影响高于第一级叶片;在压比基本不变的情况下,经过二级动叶及其匹配的静叶叶型优化后的压气机在设计工况下绝热效率提高0.82%,二级静叶叶顶的尾缘漩涡消失。
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