S型叶片可逆式轴流风机的全三维优化设计

可逆风机在正向与反向送风时,都希望具有良好的气动性能。由于几何形状完全对称,S型叶片是可逆风机中比较理想的叶片。以NACA4数字系列叶型的前半部分为雏形,构造出气动性能良好的S型叶片。用三维雷诺平均Navier Stokes方程的计算流体力学方法,将叶型参数、扭转角和安装角作为设计参数,应用正交优化方法,对S型叶片的可逆式轴流风机通流部分进行优化设计,在满足风量、风压要求的前提下,获得最高的流动效率,取得了良好的设计效果。     

轴流通风机的正反命题设计计算

从轴流通风机的反命题设计问题入手，提出了一种新型的叶片型面方程，由此建立了叶型结构与气动参数的相互关系；然后推导出基于实际工况下的轴流通风机气动计算公式，并应用于正命题计算。应用该方法，对大型变压器冷却风机进行了设计，设计计算结果符合设计要求，证实了正命题计算与反命题设计之间具有一致性。     

亚临界和超临界汽轮机强度振动与寿命设计判据的研究

根据多年的科研成果提出了亚临界和超临界汽轮机部件的强度、振动与寿命的20个设计判据。给出了汽轮机的部件静强度、结构有限元分析、隔板刚度、低压缸刚度、汽轮机胀差、叶片动强度、整体围带叶片动强度、长叶片颤振、第一种调频叶片振动、第二种调频叶片振动、整圈连接叶片组振动、轴系临界转速、轴系油膜涡动的稳定性、不平衡响应、轴系扭振频率、轴系扭振应力、汽流激振、低周疲劳寿命、蠕变寿命和蠕变与低周疲劳交互作用下寿命等20个设计判据和这些设计判据的应用范围。使用这些设计判据,可以在设计阶段校核和分析汽轮机部件的强度、振动和寿命设计的安全性与可靠性,为大型汽轮机的研制和生产提供了科学的依据。     

13级静叶可调高炉鼓风机气动设计

本文采用S1和S2流面计算与三维CFD计算相结合的方法对出口巴西的一台高炉鼓风机进行气动设计和校核,设计结果不仅具有较高的效率,并且具有较宽的工况性能和较大的喘振裕度。     

燃气轮机压气机改型设计研究

本文以某燃气轮机压气机为母型机,进行了压气机的改型设计。改型设计主要是依据相似理论来进行计算的,其中某些重要参数的选取,决定了设计的成功与否。基于气动设计的要求以及母型机的特点,采用了跨音叶片应用于改型设计中。在一维中截面、S2流面以及整机三维数值模拟结果分析的基础上,通过多次修正,最终获得了满足气动设计要求的高效压气机改型设计。同时,通过分析改型机组跨音级的气动参数,验证了选取的跨音叶片的可靠性和实用性。     

轴流压缩机叶轮流线曲率法反问题的研究

主要讨论了用流线曲率法构造轴流压缩机的气动反问题计算,首先通过平面叶栅法粗线条地得到一个轴流压缩机算例,然后着重介绍用流线曲率法求解压缩机叶片排间隙中S2流面反问题主方程,从而进_步优化叶型,并通过实例得出了设计计算结果。     

使用非正交曲线座标和非正交速度分量的叶轮机械三元流动基本方程及其解法

本文使用张量方法推导了使用任意非正交曲线座标和非正交速度倒分量的叶轮机械内部三元流动的基本气动热力学方程,详细考虑了适用于S1和S2相对流面的各种座标的取法及其相应的方程。最后讨论了适用于反问题（设计问题）和正问题（分析、和变工况计算问题）的两类求解方法。第一类方法是作者以前提出的中心流线法的发展,属于流线推广法范畴。第二类方法是过去使用的矩阵法和迭代法的继续。这一套非正交曲线座标的方程组及其解法可以用来更准确地设计或计算分析具有任意弯曲通道和任意倾斜的以及具有任意前、后缘形状的叶片的叶轮机械内部三元流动。     

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MFC和 UG的汽轮机叶片工装参数化设计系统的研究

通过对UG二次开发工具及其工作原理的研究和分析,以及对汽轮机叶片工装的三维模型进行参数化设计和研究,介绍了利用VC 操纵UG零件族进行零件参数化设计原理,给出了在VC 编译环境下使用MFC 开发UG 应用程序的方法、步骤及界面实现技术,并以某汽轮机叶片工装为例详细介绍了参数化设计中的关键技术.该三维参数化设计方法不仅可以应用于汽轮机叶片工装,也可以应用于其它一些典型非标准结构件的参数化设计,可大大提高产品设计品质与速度.     

离心油泵三元节能叶轮设计

介绍了基于S2m流面（涡面）的离心油泵叶片准三元反问题设计方法的流动控制方程、设计方法与过程。以正问题方式计算了LDV（激光多普勒测速计）测量过的离心泵叶轮内部流动，比较发现该方法的计算精度为15％。以IS80－65－160叶轮为对象说明了本文反问题算法是收敛的，并且收敛速度较快。对65Y60型离心油泵叶轮进行了重新设计，试验结果表明，新设计的三元叶轮效率比原型一元设计叶轮提高效率2％－4％。准三元叶片设计理论与方法可以用于离心清水泵和离心油泵叶片设计。     

轴流透平级优化设计方法的理论研究

本文在分别研究轴流途平级设计中各个环节优化设计方法的基础上,提出了一个轴流透平级优化设计的方法,并给出了研制化透平级的技术路线。其中主要优化设计环节如：透平级子午通道形状以及叶片几何参数的最优选择;叶片扭曲规律的最优选择;叶型表面最优流速分布的理论计算方法;叶栅璧面边界层以及叶栅损失的理论计算法;由背弧最优流优流速分布以及叶型截面厚度分布求叶型的计算方法;给定叶栅壁面流速分布求叶型坐标的理论计算方法。     

叶片出口安放角对油涡轮性能的影响

根据油涡轮各部件的基本结构与工作原理,推导出油涡轮中能量转换与几何参数之间的关系方程,分析了油涡轮有效轴功率随叶片出口安放角β2的变化规律。本文结合1000MW汽轮机组配套油涡轮研发,借助CFD软件对叶片出口安放角β2分别为22.5°,18°,13.5°和10°4种设计方案的油涡轮进行多工况数值模拟。理论分析和多工况数值模拟都表明:在一定范围内随着叶片出口安放角减小,油涡轮的有效轴功率会随之增大,且"n-N T"曲线更平坦,不仅能够满足油涡轮的调节特性要求,而且还具有较好的稳定性。由此证明文中分析方法可以为完善油涡轮的设计理论奠定一些基础。     

变壁厚涡轮冷却叶片参数化造型设计

提出了一种基于函数解析的变壁厚涡轮冷却叶片参数化设计方法。根据叶片外型线上定义的若干参数点,采用三次样条插值方法得到叶片壁面厚度分布函数,再通过计算得到冷却通道型线上离散数据点,在CAD平台下建立了变壁厚涡轮冷却叶片参数化模型。为实现涡轮冷却叶片的自动设计优化和多学科设计优化,获得更佳的叶片设计方案奠定了基础。     

非均匀气流场中的汽轮机短叶片间隙气流激振力分析

从流体动力学出发 ,应用动量定理研究了定叶片出气边具有一定厚度的非均匀气流场中汽轮机的间隙气流激振力 ,将气流速度展开成 Fourier级数 ,并综合考虑了叶片的各项设计参数 ,并应用理论分析的方法导出了在非均匀气流场中汽轮机直叶片级、扭叶片级短叶片的间隙气流激振力计算公式     

基于正交试验设计与有限元仿真的板材剪切力影响因素研究

板材剪切因素对剪切力的影响至关重要。本文针对板材剪切过程中的板材厚度、刀盘间隙、重叠量、刀盘倾角和剪切速度五因素,采用正交试验设计法,结合DEFORM有限元软件,对AISI-1030材料进行仿真,并对剪切试验指标进行了极差分析和方差分析,得到了上述因素对剪切力大小影响的权重次序。     

某热电厂空冷200MW汽轮机改造

通过采用新型调节级静叶栅、高压静叶栅、叶顶汽封、710mm末级叶片对机组进行改造,电厂运行效果明显,汽耗和热耗均有不同程度地下降,在主蒸汽量不变条件下,出力得到了提高。背压适应范围扩大为4．5—34kPa,机组经济性达到国内同类型机组先进水平,可以保证夏季满发和机组的供热要求,全年安全运行。     

AERODYNAMIC OPTIMIZATION FOR TURBINE BLADE BASED ON HIERARCHICAL FAIR COMPETITION GENETIC ALGORITHMS WITH DYNAMIC NICHE

A global optimization approach to turbine blade design based on hierarchical fair competition genetic algorithms with dynamic niche (HFCDN-GAs) coupled with Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) equation is presented. In order to meet the search theory of GAs and the aerodynamic performances of turbine, Bezier curve is adopted to parameterize the turbine blade profile, and a fitness function pertaining to optimization is designed. The design variables are the control points' ordinates of characteristic polygon of Bezier curve representing the turbine blade profile. The object function is the maximum lift-drag ratio of the turbine blade. The constraint conditions take into account the leading and trailing edge metal angle, and the strength and aerodynamic performances of turbine blade. And the treatment method of the constraint conditions is the flexible penalty function. The convergence history of test function indicates that HFCDN-GAs can locate the global optimum within a few search steps and have high robustness. The lift-drag ratio of the optimized blade is 8.3% higher than that of the original one. The results show that the proposed global optimization approach is effective for turbine blade.     

基于神经网络和分解技术的叶片强度可靠性设计及敏感性分析

考虑随机因素的影响对叶片进行可靠性设计和敏感性分析是叶片高可靠性工作的要求．当叶片结构响应为随机变量隐性函数时,无法采用常规可靠性设计方法求解随机设计参数．以某实验台汽轮机等直叶片为研究对象,提出了基于有限元、神经网络和分解技术的可靠性设计方法,将有限元和神经网络相结合,成功构造出功能函数与随机输入变量之间的近似解析表达式;运用分解技术,将求解随机设计变量的全局优化问题分解为简单的主问题和子问题,通过子问题直接调用标准优化工具箱得到可靠性指标并运用分解迭代技术对主问题求解从而得到随机设计参数．此外,该方法不需额外计算就可得到目标可靠性指标对各随机变量的敏感性,从而定量地判断出输入变量（变量的均值或变异系数）对可靠性指标的影响程度．该方法成功解决了叶片结构响应为随机变量隐性函数时的可靠性设计问题,数学描述简单并可直接应用标准优化程序,降低了工程难度,具有较好的应用价值．