某型气冷涡轮级的三维优化设计

1引言随着叶轮机械设计技术的不断进步,对叶片造型理论和设计方法提出了更高要求,叶片设计往往决定着效率、压比、重量等诸多性能参数,涉及到来源于不同准则的许多目标和约束。与叶轮机械设计相关联的优化问题通常涉及到许多约束和大量参数,一般导致目标函数有许多极值点。目前     

现代三维气动设计方法在燃气涡轮中的应用

运用数值模拟的方法对设计的一双轴两级涡轮的三维设计进行了分析。分析的结果表明：叶片子午流道曲率变化，叶片弯曲和掠以及叶片型曲率分布是相互影响的相互制约的，它们都是进行叶片三维设计的有效方法，针对具体问题，应将它们合理地进行组合应用。     

多级涡轮三维黏性流场的数值模拟

采用多叶片排网格生成技术，利用实质为标准κ-ω模型的改进型BSL双方程湍流模型对一个四级低压动力涡轮进行了数值模拟，其中多叶片排间参数传递采用“混合平面”方法。通过设计工况下计算结果和设计参数的对比，分析了此型多级涡轮的气动特点。末级导叶正弯优化设计显示弯叶片提高了此型多级涡轮的通流性能，同时也表明了弯叶片优化设计时进行多级黏性流匹配计算的必要性。     

涡轮叶片三维气动分析方法研究

精确的涡轮叶片气动性能计算是对其进行设计优化的重要基础。基于PRO/E软件建立了某涡轮流场叶片三维参数化实体模型,采用SST(shear stress transport)湍流模型对建立的涡轮流场叶片进行了三维气动分析,得到了流场及叶片表面的温度、压力、流速以及能量损失等气动参数分布,并对它们的变化规律进行了分析;基于叶片气动效率计算公式,给出了叶片平均气动效率的计算方法并分析了叶片气动效率沿叶高的变化规律,为涡轮叶片的气动设计优化奠定了较好的基础。     

某型动力涡轮气动分析及优化设计

以某型动力涡轮为研究对象,利用ANSYS-CFX软件对其进行数值模拟,分析其总体性能与内部流场。基于造型软件BladeGen对气动性能较差的第二级静叶进行拟合,获得参数化模型,针对原型流场的不良特性进行叶型优化设计与全三维通流计算。结果表明:该反力式涡轮的设计思想是使气流以较大负攻角流入叶栅,从而抑制叶片附面层增厚。相比于原型,优化后第二级静叶流场内的表面静压分布与马赫数分布明显改善,涡轮的总静效率提升了0.307%。本研究可为动力涡轮的气动设计与优化提供参考。     

基于结构可靠性的涡轮叶片三维气动设计优化

将结构静强度可靠性、疲劳可靠性以及刚度可靠性作为基本约束条件,对某涡轮静、动叶片进行了三维气动设计优化。建立了涡轮叶片结构可靠性气动设计优化模型,给出了叶片热-流-固耦合分析流程及气动设计优化代价函数。结果表明:优化后,静、动叶片的气动效率均值分别提高了2.45%和6.17%,且气动效率的标准方差也有一定减小;优化后,动叶片的各项结构可靠度指标得到提高,且达到设计要求;动叶片的结构系统可靠度从91.3%提高到了99.87%。     

基于遗传算法的轴流式叶片全三维优化设计

本文提出了一种结合全三维反问题计算与遗传算法优化的轴流式水轮机转轮设计方法。即在对轴流式水轮机转轮叶片进行全三维反问题设计的基础上,然后以平面叶栅表面边界层中的流动损失最小和翼型气蚀系数最低为目标,小生境遗传算法进一步对转轮叶片进行优化以得到更为理想的转轮叶片。由于此方法结合了全三维反问题方法对有厚度叶片计算的准确性,以及遗传算法对解决多目标优化问题全局搜索的准确性,可以得到比较理想的转轮叶片。     

考虑冷气掺混和采用复合倾斜叶栅的航空燃气涡轮准三维气动设计

采用准三维的计算方法,对一台两级航空燃气涡轮的低压导叶进行了改造设计,采用复合倾斜叶片以提高涡轮效率。对叶片倾斜和冷气掺混所引起的问题进行了处理和分析。     

对转涡轮气动技术研究进展

对转涡轮技术是有效提高发动机功率密度、效率,减少陀螺效应的重要技术手段之一,但其设计难度大,在实际工程应用中仍面临一系列技术挑战。本文主要从对转涡轮在不同领域中的应用、气动设计及性能分析、内部流动分析及优化和气动试验技术四个方面对近十年来国内外对转涡轮气动技术的研究进展进行综述,并指出未来应进一步深入认识不同类型对转涡轮内部复杂流动机理及调控方法,加强试验技术研究,为实现对转涡轮在不同领域中的应用提供技术支撑。     

基于Design3D的汽轮机低压静叶三维气动优化设计

文章基于商业软件NuMECA的全三维优化设计平台Design3D,采用三维N-S方程流场计算、网格自动生成、三维叶片参数化造型与遗传算法寻优相结合的方法,在级环境下对600MW汽轮机静叶进行了三维叶片型线优化设计。优化目标是在流量基本不变的情况下尽可能地提高级轮周效率。优化设计后的叶片与原叶片相比,透平级的总-总效率提高了0.32%,级的轮周效率提高了0.39%。详细的流场分析表明,优化后叶片性能的提高主要是源于静叶总压损失的减小和透平级动静叶之间匹配的改善。     

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。     

燃气轮机过渡段气动优化设计

为研究燃气轮机过渡段高效气动设计方法,以某型燃气轮机过渡段为研究对象,在给定的气动边界和几何限制条件下,按照过渡段坡角设计、上下端壁型线优化设计、支柱型式选取的思路,采用CFD数值仿真方法,对过渡段气动设计方法进行研究。首先,对比过渡段坡角为14°,19°,24°条件下的过渡段性能及下游动力涡轮比功;然后,对过渡段上、下端壁型线进行优化;最后,对比支柱对过渡段气动性能的影响,采用截面面积由下至上减小和截面面积不变两种型式,根部截面面积保持一致,完成过渡段气动优化设计。结果表明：坡角为19°条件下过渡段气动性能最优;在1.0工况下,相比原型型线优化后的过渡段总压恢复系数由0.994 8提高到0.995 1,静压升系数由2450 4提高到2.595 2,过渡段出口马赫数由0.217 6降低到0.199 5,出口静压分布更为均匀;截面面积由下至上递减的支柱型式过渡段气动性能更优。     

汽轮机调节级喷嘴组气动优化设计

采用叶轮机械优化设计平台FINE/Design3D对调节级喷嘴组汽道进行全三维气动性能优化设计,在保证工作点不发生偏离的前提下,提高其等熵效率。经过分析,优化后喷嘴组叶片由于采用加载叶型,有效的抑制叶片表面的附面层厚度,降低叶型损失;喷嘴组外端壁型线更加平缓,端壁损失和二次流损失得到了有效地抑制。额定工况下,调节级等熵效率提高了1.8%,并且在其它工况下调节级气动性能都有明显提高。     

多级空气透平试验台的设计与开发

透平通流技术的研发通常采用数值和试验分析相结合的方法,空气透平试验更加接近叶栅实际的工作条件,使我们可以获得透平机械叶栅通道内气体流动的更真实的物理现象,为设计开发提供可靠的试验数据。文章对东方汽轮机有限公司的空气透平试验台系统组成、参数选择、本体结构特点、关键参数的测量进行了阐述,对试验台设计中的关键技术问题进行了分析说明。     

工业汽轮机大型排汽缸气动分析与结构优化

为了改善工业汽轮机排汽缸气动性能,降低流动损失,采用数值模拟方法对一种大型工业汽轮机排汽缸的气动特性与流场结构进行了计算与分析.揭示了造成工业汽轮机排汽缸气动损失的重要方面,同时提出了针对排汽缸重要结构参数的多种优化方案,并进行详细计算与分析.针对每种优化方案,阐明了优化机理与工业汽轮机排汽缸本身的优化局限性.研究结果...     

一级半透平级叶片型线的气动优化设计研究

针对一级半透平级的直叶片,采用遗传算法和人工神经网络耦合气动性能分析方法,进行三维优化设计.优化设计目标是在流量和进出口气流角的约束条件下,等熵效率最大.优化设计结果表明:在流量和进出口气流角的约束条件下,相比于初始设计的一级半透平级,优化设计得到的等熵效率提高了1.67％.优化设计得到的动静叶之间的出口气流角匹配合理,减少了攻角损失;各列叶栅扩压区和扩压梯度均有减少,降低了二次流损失,提高了等熵效率.     

某型高压汽轮机动叶栅的气动优化设计

利用CFD(计算流体力学)技术对某冲动式汽轮机的高压级动叶进行了改型设计。对比数值模拟结果,优化后有效地改善了叶栅流道中的流动状况,级性能有了显著的提高。     

基于升力法的贯流式水轮机叶片设计及可行性分析

根据升力法设计轴流式水力机械转轮叶片的基本原理、方法和步骤,设计了贯流式水轮机叶片,建立了贯流式水轮机的三维模型,并基于Fluent,采用RNG κ-ε双方程湍流模型和SIMPLEC算法对设计叶片进行了数值模拟,得到了叶片表面压力和速度云图、流场流线和速度矢量图,并估算出水轮机水力效率。结果表明,采用升力法进行贯流式水轮机叶片设计具有可行性。     

某800MW改造机组气动优化

针对某800MW改造机组,研究了机组低压末级和调节级叶型设计。针对机组特点,低压末级动叶优选1029mm叶片,优化静叶和子午形状,以提高根部反动度和级效率。同时,考虑工艺、固体颗粒侵蚀、变工况等,全新设计了调节级静叶。三维数值模拟结果表明,低压末级优化后,机组效率提高了0.1%,热耗降低约7 kJ/(kW·h)。