风机叶片的剖面翼型反设计优化技术

使用反方法进行风机叶片的翼型设计，采用了一种非线性优化速度分布的方法，分别针对吸、压力面的初始速度分布采用不同的优化手段，可以有效地调节翼型的厚度。并且在设计中可以自由给定攻角、落后角，通过速度分布的优化得到符合工程应用要求的风机叶片的翼型。并依据探索出的速度分布优化准则，设计出了三种风机叶片的翼型。     

径流叶片扩压器的气动设计与优化

径流叶片扩压器的优化设计对提高离心风机的静压效率有重要作用。基于NACA65平面叶栅试验数据和叶栅保角变换方法,建立径流叶片扩压叶栅的气动设计方法,解决了径流叶栅气动设计中基准叶型的转换问题。通过对叶型的参数化和应用遗传算法的优化,可以进一步优化叶片安装角和局部型线,控制叶片表面的流动分布,降低叶栅总压损失和出口气流落后角,相关算例证明了本文方法的可行性。     

基于气动反问题的扩压叶栅优化设计

采用扩压叶栅气动反问题的方法,通过选择较优的叶型表面压力系数分布,经过有限步数的叶型修正,获得对应气动目标的新叶型。结果表明:采用Head边界层厚度计算方法,并结合试验设计方法求解出较优的压力系数分布具有可行性。本文采用"弹性模型"修改叶型的方法,设计出了满足要求的叶型,表明该叶型修改方法是成功的,同时表明本文建立的反问题求解程序不仅求解速度快,而且具有较好的实用性以及可靠性。     

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。     

高效可逆风机的全三维正交优化设计

选择适合低风速的NACA63系列翼型,通过一定的成型方法,构造出完全对称的S型叶片.以三维雷诺平均Navier-Stokes方程为基础,应用正交优化方法,对S型叶片的叶型安装角沿径向的分布规律进行了正交优化设计.在满足风量、风压要求及叶片数较少、弦长较小的前提下,获得了最高的流动效率,取得了良好的设计效果.     

不同叶片包角的离心泵试验与数值模拟

在离心泵叶轮的基本外尺寸(叶轮内外半径、叶轮进出口宽度、叶片进出口安放角及叶片数)和设计转速相同的情况下,采用三次曲线对叶片进行造型。设计叶片包角分别为59°、75°和91°的三副离心叶轮C1、C2、C3,其中叶轮C1与传统的单圆弧叶型非常接近。三副叶轮的同台试验结果显示,叶轮C2的最高效率比叶轮C1、C3的效率高1.28%、1.43%。采用数值模拟得到设计工况下三副叶轮内的相对速度场和各流道内的载荷分布,C1叶轮内有明显的回流区,且各流道内的载荷存在较大差异。研究表明：在叶轮外尺寸相同的情况下对叶片造型设计时,存在最佳的叶片包角,单圆弧叶型不是最佳叶型。     

某重型燃机透平静叶变冲角性能实验研究

在亚音速叶栅风洞试验台上对某重型燃机静叶型进行了风洞试验,采用5孔测量方法,测量了静叶根、中、顶3个截面叶型在3个冲角下的流场气动参数。通过实验数据处理得到了型面静压系数、出口气流角、总压损失系数随冲角及叶高变化的规律,实验结果表明该静叶栅具有良好的气动性能和很强的负冲角适应性。     

轴流式风机可控扩散叶型的优化分析

分析了绕流叶型与叶栅的实际损失分布。导出了沿叶面无分离流动的优化方程，提出了可控扩散叶型的优化数值方法与叶片成型方法。计算结果给出了两种截面的优化速度分布与相应的ＣＤＡ优化叶型等，在工程应用中获得了较满意的结果。     

轴流式通风机叶型反问题的新解法——给定速度分布

一、前言除了根据实验或粘性理论方法确定出最佳速度分布之外,快速、准确地设计出符合给定速度分布的叶型是值得研究的。已知的理论方法有保角变换,奇点分布法等都有公式复杂、计算麻烦。本文试图在奇点分布法中引入     

大密流比高亚音叶型优化设计

二维叶型是构成轴流压气机三维叶片的基本元素.密流比是影响由回转面二维型所构成叶栅气动性能的重要参数.采用基于遗传算法的优化平台,进行大密流比高亚音叶型优化设计;研究目标函数设置方法并考察大密流比情况下载荷分布规律.研究表明:以设计工况点参数为目标进行单工况优化不仅可有效提高设计工况性能,也可以有效提高非设计工况性能;对...     

基于遗传算法的叶型气动优化设计

运用B-Spline开发了实现叶型吸力面、压力面型线与中弧线、厚度分布规律相互转化的程序,开发了可交互定义中弧线、厚度分布规律进而用于设计叶型的程序,并开发了基于遗传算法的叶型气动优化设计平台.进行了优化设计算例校验,验证了气动优化平台的可用性.     

枞树型核电轮槽精铣刀制造技术优化设计

以枞树型叶根精铣刀为例,阐述了可换硬质合金型线刀体和刀片精铣刀的优化设计、制造工艺、建模及优化设计,进行切削过程加工策略优化和加工过程模拟,设计制造了锥柄专用工装及检测环规、磨削刀片后角专用工装,采用NUMROTO软件编制刀片加工工步。该项目研制的可换刀片精铣刀型线精度完全能达到进口铣刀水平,能满足大部分轮槽与叶根加工对型线精度的要求,可以大幅度节约刀具费用。     

Influence of blade wrap angle on centrifugal pump performance by numerical and experimental study

The existing research on improving the hydraulic performance of centrifugal pumps mainly focuses on the design method and the parameter optimization. The traditional design method for centrifugal impellers relies more on experience of engineers that typically only satisfies the continuity equation of the fluid. In this study, on the basis of the direct and inverse iteration design method which simultaneously solves the continuity and motion equations of the fluid and shapes the blade geometry by controlling the wrap angle, three centrifugal pump impellers are designed by altering blade wrap angles while keeping other parameters constant. The three-dimensional flow fields in three centrifugal pumps are numerically simulated, and the simulation results illustrate that the blade with larger wrap angle has more powerful control ability on the flow pattern in impeller. The three pumps have nearly the same pressure distributions at the small flow rate, but the pressure gradient increase in the pump with the largest wrap angle is smoother than the other two pumps at the design and large flow rates. The pump head and efficiency are also influenced by the blade wrap angle. The highest head and efficiency are also observed for the largest angle. An experiment rig is designed and built to test the performance of the pump with the largest wrap angle. The test results show that the wide space of its efficiency area and the stability of its operation ensure the excellent performance of the design method and verify the numerical analysis. The analysis on influence of the blade wrap angle for centrifugal pump performance in this paper can be beneficial to the optimization design of the centrifugal pump.     

三叶片直线翼垂直轴风力机非定常流场速度分析

垂直轴风力机在回转过程中,叶片尾流的相互干涉和叶片攻角变化,使垂直轴风力机周围流场异常复杂。为探明直线翼垂直轴风力机在二维流场中速度分布及风力机叶片迎风角度变化关系,在风洞试验中采用激光多普勒测速仪(Laser Doppler velocimetry,LDV)技术,对所设计的三叶片直线翼垂直轴风力机流场风速进行试验研究,获得了该风力机叶片周围流场的速度分布情况。在建立直线翼垂直轴风力机在不同转速下叶片迎风角度变化的数学模型基础上,应用仿真软件对被测风力机流场进行分析计算。通过数学模型得知,来流风速夹角随回转角的变化情况可用正弦函数近似表示, 并且随着叶尖速比的增大逐渐减小。风洞试验和CFD结果表明,风力机在回转过程中,叶片前缘场域有乱流生成,并且该域风速值偏大;而在叶片旋转内部以及下流区域内会形成一个宽大的低速区域,并且伴随叶尖速比的增加,低速区域具有扩大趋势。     

后掠式叶片气动外形优化设计

后掠式叶片具有载荷自适应性，提出了一种以自然样条曲线为后掠曲线，以扭角为优化参数的后掠式叶片优化设计方法。以直叶片模型为设计起点，通过Profili软件获得叶片的截面数据并计算叶片翼型在不同攻角下的升力系数与阻力系数，以叶片功率系数最大以及叶片根部载荷最小为优化目标，采用遗传算法对叶片进行优化设计。根据优化结果获得的参数，建立后掠式叶片三维模型，在ANSYS Workbench中建立流场模型进行仿真分析得到叶片模型的压力分布情况。结果表明，通过对扭角、后掠值进行优化，后掠叶片模型对比直叶片模型其受到的载荷有所减小，优化设计方法可以用于指导后掠叶片的设计。     

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.     

High-efficiency design optimization of a centrifugal pump

Design optimization of a backward-curved blades centrifugal pump with specific speed of 150 has been performed to improve hydraulic performance of the pump using surrogate modeling and three-dimensional steady Reynolds-averaged Navier-Stokes analysis. The shear stress transport model was used for the analysis of turbulence. Four geometric variables defining the blade hub inlet angle, hub contours, blade outlet angle, and blade angle profile of impeller were selected as design variables, and total efficiency of the pump at design flow rate was set as the objective function for the optimization. Thirty-six design points were chosen using the Latin hypercube sampling, and three different surrogate models were constructed using the objective function values calculated at these design points. The optimal point was searched from the constructed surrogate model by using sequential quadratic programming. The optimum designs of the centrifugal pump predicted by the surrogate models show considerable increases in efficiency compared to a reference design. Performance of the best optimum design was validated compared to experimental data for total efficiency and head.     

几何参数对离心叶轮强度和气动性能影响的研究

使用有限元计算软件和内部流场计算软件对所设计的几个具有不同几何尺寸的离心压气机叶轮的强度和气动性能进行了计算。结果表明反弯叶片可降低叶轮出口处叶片根部附近的应力,但会造成叶片根部前缘区域应力集中,且反弯叶轮的气动性能和原型叶轮差别不大。前倾叶片能在很大程度上降低叶轮出口处叶片根部应力,前倾角越大出口叶根处应力减小越多;随前倾角增大,叶轮气动性能恶化程度加剧;叶轮的背盘形状对叶轮的应力影响较大,尤其是出口处的背盘厚度对出口处叶片根部区域的应力起主因作用。研究得出叶片几何及背盘形状因素对叶轮应力分布的影响规律,另外还得到了叶片几何形状对气动性能的影响规律,这些工作为叶轮的多学科优化设计提供良好的基础。