基于Krain离心压气机叶轮的叶型优化

本文以设计压比为4.7的Krain离心叶轮为研究对象,以设计工况下多变效率为优化目标,对压气机叶型进行优化。采用CFX软件对其进行数值模拟,通过对内部流场分析发现叶轮入口存在较强的激波;基于ANSYS Design Exploration平台,采用Bezier曲线对该离心叶轮的叶片中弧线进行参数化,通过改变Bezier曲线控制点得出一系列设计叶型;对设计叶型进行数值模拟,筛选得出最优结果。优化后,设计工况下,叶轮多变效率提高0.84%,叶轮入口激波强度有所降低;同时也证明了使用ANSYS Design Exploration平台进行离心压气机优化的可行性。     

轴流压气机多叶片排的气动优化设计

对某多级轴流压气机前三排叶片径向积叠方案进行了气动优化。该方案以商用软件iSIGHT作为平台,利用试验设计方法对整个搜索空间进行初步探索,采用逐次序列二次规划算法进行局部寻优,利用商业软件NUMECA进行粘性流场数值评估。对压气机全工况性能的计算表明,在流量和压比不减少的情况下,优化后的叶型设计工况和非设计工况性能均得到了改善。     

燃气轮机多级轴流压气机快捷一体化气动设计与性能优化研究

基于子午流面正反问题流线曲率法、改进Powell算法和叶型参数化方法,构建轴流压气机快捷气动设计、性能分析与优化平台,对某燃气轮机9级轴流高压压气机开展一体化气动设计和多目标优化。结果表明:该平台可自动有效实现多级轴流压气机快速设计、多工况性能分析和优化流程;优化改善了压气机各叶排流动和负荷匹配,实现了多工况扩稳增效;优化后设计点流量、总压比、绝热效率及设计转速下喘振裕度分别为25.97 kg/s, 5.038,88.25%和33.33%;相比优化前,设计转速下裕度提升了5.39%,80%相对转速下裕度和目标工况点效率分别提升了7.56%和2.71%。     

单级离心压气机气动性能预测与优化设计

为了提升低转速工况下压气机的气动性能,采用人工神经网络与遗传算法相结合的优化方法对某单级离心压气机离心叶轮的弯特性进行优化计算。利用NUMECA软件对该离心压气机进行了不同转速的数值模拟,得到压气机不同工况下的气动性能。通过设置不同控制参数和曲线形式对离心叶轮叶片进行参数化拟合,以8个改变叶片弯特性的参数为自由参数进行了叶型优化设计,最终得到了优化后的叶轮叶片。结果表明:优化后在低转速的设计工况下离心压气机压比增加了4.69%,稳定裕度拓宽了17.41%。     

基于改进Kriging代理模型的自适应序列优化算法在离心压缩机蜗壳设计中的应用

提出了一种基于改进Kriging代理模型的自适应序列优化算法,并利用Matlab软件开发相应的优化平台.采用该优化平台,针对某特定流量工况,以质量流量平均总压损失系数为目标变量对离心压缩机蜗壳系统模型进行气动优化设计,并对优化前后蜗壳模型进行对比计算,来验证优化结果在实际蜗壳系统中的适用性.结果表明:优化后蜗壳的总压损失系数小、静压恢复系数大,性能得到改善.     

航改燃机排气蜗壳分段式扩压器设计方法研究

利用数值计算方法(CFD)建立排气蜗壳内三维流动数学模型模拟分析总压损失来源，在不改变其几何尺寸的前提下，提出航改燃机排气蜗壳分段式扩压器设计方法，并将采用该方法设计的排气蜗壳的结果与原型进行比较，结果表明：在设计工况下，采用分段式扩压器设计方法设计的排气蜗壳使总压损失系数降低19.23%,并通过流场分析揭示了分段式扩压器改善其气动性能的原理。     

向心涡轮可调导向叶栅内流动损失机理的分析

通过对向心涡轮可调导向叶栅三维流场数值模拟,分析在不同叶片安装角下,可调叶片表面静压系数和出口总压损失系数的变化规律。导叶安装角从21°增加到44°,通流面积调节范围为50%～116%设计通流面积。结果表明:叶栅开度减小时,叶片的气动负荷增加,总压损失增加。与设计工况相比,导叶关小15°总压损失增加了1倍多。叶栅端部间隙增加了导向叶栅的流动损失,间隙增加2%,损失增加1.5%,端部损失范围从20%叶高增加到40%叶高。叶栅开度减小,端部损失与叶型损失的变化较小,而间隙损失无论是数量还是占总压损失的比重都明显增加,是非设计工况下总压损失增加的主要原因。     

基于流场偏差分析的离心压气机优化设计

为了提高车用内燃机变转速、变负荷面工况性能,提出了离心压气机优化设计方法,即通过考虑压气机设计工况与非设计工况流场的关联效应,抑制不同工况流场之间的差异,优化离心压气机结构.利用该方法对某柴油机离心压气机进行了优化设计,其设计工况与非设计工况之间的流场偏差集中在大叶片进口叶尖部分,据此提出了压气机前缘前掠的流场控制措施.仿真分析表明:改型离心压气机流场偏差得到了明显抑制,其设计工况性能变化较小,非设计工况压比提高了4.46%,,效率提高了1.56%,.     

跨声速压气机转子前缘积叠线的数值优化设计

采用数值优化方法对跨声速压气机转子NASA rotor37前缘积叠线进行了数值优化设计.本优化设计以绝热效率为目标函数,总压比与质量流量为约束条件,进行单目标有约束的优化设计.详细地分析对比了几何形状、总体性能及流场的变化.结果表明,叶片后掠并且加入弯曲,其激波的波形变得倾斜.在中部,强度有所削弱;在底部区域,激波有所后掠.同时指出,单一工况点的设计对变工况性能的控制能力不足.     

压气机叶片多工况气动优化设计研究

采用数值优化方法对跨声速压气机转子叶片进行了多工况气动优化设计,并对设计前后的几何形状、总体性能及流场的变化进行了详细的分析对比。结果表明,压气机转子前缘激波后掠可以有效地降低损失。优化后叶片的变工况性能非常好。各个工况点的质量流量基本不变,并且叶片稳定工作范围有所扩大。     

轴流压气机叶片优化设计

开发了基于梯度法的数值优化程序,并与三维粘性流场求解程序相结合对跨音压气机动叶片进行了以绝热效率最大为目标的三维气动优化设计。先对其进行了沿弦长方向掠设计,绝热效率可提高约0．65％。再对所得掠叶片进行叶型中弧线优化设计得到最终叶片,与初始叶片相比绝热效率提高达1．05％。优化结果表明,动叶片的单纯掠型叶片改进气动性能有限,而弦向掠与中弧线的联合优化设计可以显著改善叶片排内流动状况,并具有良好的变工况性能。     

某氦气压气机三维优化设计

对某氦气压气机设计方案三维数值模拟计算结果特点进行分析,指出了三维优化改型设计方向和指导原则,通过调整叶片厚度分布、叶片尾缘型线曲率和采用端弯技术等方法,对原型氦气压气机气动设计方案进行了全三维优化设计,对比分析三维优化设计前后数值模拟计算结果,三维优化设计后压气机效率提高2个百分点,有效控制了二次流动进一步发展。     

基于数值优化的跨音速压气机动叶三维设计

实验验证了三维粘性流场求解程序,然后采用基于梯度法的数值优化程序对跨音压气机动叶积叠线进行优化设计,得到了弯掠结合的三维叶片,并对其进行了数值模拟及详细的流场分析.结果表明采用弯掠的三维动叶可以有效的改变叶片排内三维激波结构,降低尾迹损失,显著提高动叶的整体绝热效率,并使动叶具有更加良好的变工况性能.     

Centrifugal compressor blade optimization based on uniform design and genetic algorithms

An optimization approach to centrifugal compressor blade design, incorporating uniform design method (UDM), computational fluid dynamics (CFD) analysis technique, regression analysis method and genetic algorithms (GA), is presented. UDM is employed to generate the geometric information of trial samples whose performance is evaluated by CFD technique. Then, function approximation of sample information is performed by regression analysis method. Finally, global optimization of the approximative function is obtained by genetic algorithms. Taking maximum isentropic efficiency as objective function, this optimization approach has been applied to the optimum design of a certain centrifugal compressor blades. The results, compared with those of the original one, show that isentropic efficiency of the optimized impeller has been improved which indicates the effectiveness of the proposed optimization approach.     

基于NURBS曲线的高亚音速压气机叶型参数化建模方法研究

具有良好灵活性的高精度叶型参数化建模方法对于压气机叶型设计和优化具有重要影响。本文研究了一种基于非有理B样条曲线理论(NURBS)曲线组和遗传算法的轴流压气机叶片参数化建模方法。该方法基于中弧线厚度叠加法,采用两条三次七点NURBS曲线分别构造中弧线形状和厚度分布,前尾缘采用双二次NURBS曲线,通过多段曲线光滑拼接实现叶片造型。以压气机型线方差值最小作为目标函数,利用遗传算法实现了叶型的参数化建模。通过数值模拟实验证明,本文提出的参数化造型方法适用于高亚音速压气机叶型的参数化建模。     

New response surface model and its applications in aerodynamic optimization of axial compressor blade profile

A parametric method for the axial compressor 2D blade profiles is proposed in which the blade geometries are defined with the parameters commonly used for blade definition, which ensures that the geometric significance is clear and an unreasonable blade profile is not generated. Several illustrations are presented to show the fitting precision of the method. A novel response surface model is proposed which regards the objective distribution function in the vicinity of a sample as normal school, and then generates the response surface function in the whole design space by a linear combination of distribution functions of all the samples. Based on this model, a numerical aerodynamic optimization platform for the axial compressor 2D blade profiles is developed, by which aerodynamic optimization of two compressor blade profiles are presented.     

A Study of 3D Aerodynamic Design for a Transonic Compressor Blading Optimized by the Locations of Aerofoil Maximum Thickness and Maximum Camber

A design procedure for improving the efficiency of a transonic compressor blading was proposed based on a rapid generation method for three-dimensional blade configuration and computational meshes, a three-dimensional Navier-Stokes solver and an optimization approach. The objective of the present paper is to design a transonic compressor blading optimized only by selection of the locations of maximum camber and maximum thickness for the airfoils at different span heights and to study how do these two design parameters affect the blade performance. The blading configuration and the computational meshes can be obtained very rapidly for any given combination of maximum camber and maximum thickness. The computational grid system generated is used for the Navier-Stokes solution to predict adiabatic efficiency, total pressure ratio and flow rate. As a main result of the optimization, adiabatic efficiency was successfully improved.     

基于均匀设计和遗传算法的离心压缩机叶片优化设计

将均匀设计、CFD技术、回归分析方法与遗传算法相结合,发展了一种离心压缩机叶片优化设计方法.均匀设计用来生成试验样本点几何信息,各样本点性能评估分析则借助CFD技术完成,回归分析方法用于对样本点的信息进行函数逼近,最后由遗传算法对回归分析得到的逼近函数进行全局寻优.以极大化等熵效率为目标函数,将该优化方法应用于某离心压缩机叶片优化设计.结果表明:与初始叶轮相比,优化后叶轮的等熵效率有了一定的提高,说明该优化方法是有效的.     

跨声速串列转子叶型流动特性分析

串列叶片技术可以突破常规压气机叶片的负荷极限,因此成为下一代高负荷压气机设计技术的研究热点。为了拓展串列叶片的使用范围,采用数值模拟的方法对跨声速串列转子叶型（来流马赫数1.2）流动特性及前排叶片尾迹发展演化规律展开研究。得出结论：全工况范围内,前排叶片总压损失占比超过50%,前排叶片激波系结构的优化设计是影响串列叶型性能的关键因素;随着出口背压提高,前排叶片尾迹厚度先增加后减小,导致尾迹厚度不同的根本原因是流出前排叶片通道时尾迹的初始速度亏损不同,后排叶片通道的扩压对初始速度亏损有进一步的放大作用。     

透平叶片的气动优化设计系统

发展了一个叶轮机械叶片全三维粘性杂交问题的气动优化设计系统。该系统包括分析技术与组合优化技术的耦合：前者基于高精度、鲁棒型的数值分析方法，已成功地用于蒸汽透平叶片的流动分析．并经详细考核已将其纳入到了实际的叶片气动设计体系；后者基于优秀的iSIGHT商用优化平台．通过对多种优化方法的集成从而发展了组合的叶片全三维气动优化策略。数值结果与试验数据的比较表明了这一气动优化设计系统真正纳入到工业设计体系是完全可能的。