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。     

基于近似的涡轮冷却叶片外形多学科设计优化

研究多学科耦合作用下的复杂结构快速设计优化技术,解决了涡轮冷却叶片设计优化的高设计成本和数值噪声问题.函数解析与特征造型方法结合造型软件二次开发技术,实现了涡轮冷却叶片几何模型参数化及自动造型;流热耦合分析方法得到准确的气动与传热结果,通过保持与流热耦合分析模型网格节点的一致,将温度、压力等载荷信息精确传递到振动和强度分析模型;根据强度分析结果,采用经验公式方法预测叶片蠕变寿命,实现涡轮冷却叶片的多学科分析.以涡轮叶片叶尖和叶根两个外形截面18个设计参数为变量;优化拉丁超立方方法采样建立样本空间,利用Kriging函数构造快速分析模型;以叶身温度、总压损失和重量最小为优化目标,以共振裕度、应力、寿命和最大变形量为约束,建立高维、非线性设计空间下复杂涡轮冷却叶片涉及气动、传热、强度、振动和寿命等多个学科的多目标设计优化系统,最终实现叶片外形的设计优化,提高叶片的综合性能.     

涡轮叶片一维气动方案多学科优化设计

涡轮叶片设计过程中涉及气动、几何、结构、材料、强度、温度等多个学科,需要用多学科优化设计方法进行涡轮叶片的设计。本文应用iSIGHT软件和基于精化网格法的自编程序分别进行了涡轮叶片一维气动方案设计。通过对iSIGHT软件中不同算法的求解与对比分析,为基于三维精确仿真的涡轮叶片多学科优化设计过程中的优化算法选择提供了参考。应用精化网格法编制的多级涡轮叶片优化设计程序,根据发动机总体提出的性能要求与约束条件,计算得到了多级涡轮热态子午流程通道以及涡轮叶片气动三角形等参数,为基于三维精确仿真的涡轮叶片多学科优化设计提供了初始的设计点。     

涡轮叶片并行子空间多学科设计优化

将Kriging近似模型与并行子空间多学科优化方法相结合,对包括气动、传热和结构三个学科的涡轮叶片进行多学科优化设计,并与传统单级多学科优化方法进行对比。结果表明,基于Kriging近似模型的并行子空间多学科优化方法优化结果合理,与单级优化方法相比优化效率明显提高,寻优能力增强,适用于复杂结构的多学科优化设计。     

轴流式涡轮增压器涡轮叶片的优化设计

对轴流式涡轮增压器涡轮叶片进行参数化建模,针对叶片设计提出一种基于多学科的优化方法,并建立一个优化平台.优化平台采用多学科优化设计工具iSIGHT集成NUMECA、ANSYS以及自编的离心应力分析程序,在气动、结构以及振动三个学科内对轴流式增压器涡轮叶片进行化设计.优化的实例表明,这种方法提高了增压器涡轮的整体性能,可以应用在叶片设计以及整个增压器的设计中.     

涡轮叶片三维温度场耦合计算

利用接口程序,将西北工业大学自行开发的空气系统流动换热计算程序、涡轮叶片外换热计算程序与商用软件Ansys12.0中的导热计算模块有机集成,实现了涡轮叶片内外表面对流换热与固体导热的耦合计算,从而快速获得涡轮叶片的三维温度场分布。通过计算结果与实验数据的对比分析,验证了所使用计算方法的准确性。所提出的计算方法,可以快速并准确地获得涡轮叶片的三维温度场,对涡轮叶片冷却结构的设计和优化具有重要的工程应用价值。     

三维涡轮叶片交互式造型程序设计

介绍和讨论了十二参数法、预置曲率法、和Bezier曲线法三种典型的涡轮叶片解析造型方法的原理和步骤,以及叶片的三维复杂成型方法。并且编制了基于以上方法的三维涡轮叶片造型交互式程序,以设计实例阐述了叶片造型原理和步骤、交互式程序的编制方法和功能。分析和讨论说明：该程序便捷、高效、可靠,具有强的干涉性和交互性,能够满足复杂的涡轮三维弯扭掠叶片造型工程实用需要。     

风力机叶片气动载荷的优化研究

为了研究垂直轴风力机的叶片气动性能,利用流固耦合法模拟了垂直轴风力机在实际工况下的气动载荷分析,模拟结果表明,由于翼型后部较薄,受到的变形应力最大。为了避免因叶片变形而引起风力机整体气动性能下降,提出了通过加大翼型后部厚度的方案来提高叶片的强度,并通过数值模拟对改进后的翼型做了气动性能分析,得出了适当的增加翼型后部厚度,并不会对翼型气动性能造成太大的影响,验证了此方案的有效性。这些研究结论为今后垂直轴风力机的设计制造提供了一定的参考依据。     

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。     

涡轮增压器叶片加工方法的比较

通过对两种涡轮增压器叶片加工方法的比较,确定了线切割加工叶片的新方法,并取得了满意的生产效果。     

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.     

AERODYNAMIC OPTIMIZATION DESIGN OF LOW ASPECT RATIO TRANSONIC TURBINE STAGE

The advanced optimization method named as adaptive range differential evolution (ARDE) is developed. The optimization performance of ARDE is demonstrated using a typical mathematical test and compared with the standard genetic algorithm and differential evolution. Combined with parallel ARDE, surface modeling method and Navier-Stokes solution, a new automatic aerodynamic optimization method is presented. A low aspect ratio transonic turbine stage is optimized for the maximization of the isentropic efficiency with forty-one design variables in total. The coarse-grained parallel strategy is applied to accelerate the design process using 15 CPUs. The isentropic efficiency of the optimum design is 1.6% higher than that of the reference design. The aerodynamic performance of the optimal design is much better than that of the reference design.     

基于Matlab的风机叶片气动外形的设计及优化

风机叶片的气动特性直接影响机组效率,运用Wilson算法对20 kW的风机叶片进行气动外形参数的计算,应用Matlab软件的非线性约束最优化函数fmincon对叶片各叶素的弦长和扭角进行优化迭代计算和四次多项式拟合,将叶根处的弦长和扭角进行插值计算,对叶片各叶素的弦长和扭角进行优化和修正。通过一个实例验证叶片气动参数优化的正确性,提高叶片设计的精度和效率。并将所设计的叶片应用于实际生产中,取得良好的经济效率。     

SIMULATION STUDY OF GENERALIZED PREDICTIVE CONTROL FOR TURBINE POWER

A GPC (generalized predictive control) law is developed to control the power of a turbine, after transforming the nonlinear mathematical model of the power regulation system into a CARIMA(controlled auto-regressive integrated moving average) form. The effect of the new control law is compared with a traditional PID (proportional, integral and differential) control law by numerical simulation. The simulation results verify the effectiveness, the correctness and the advantage of the new control scheme.     

轿车车身造型空气动力学寻优的探索

探讨基于空气动力学新理论模型确定一系列车用理想基本形体、进而转换成优良车身造型的方法。通过以计算机辅助方式获取一个这类基本形体的实例、并利用对形体开展模型风洞试验及计算机辅助车身造型的结果,详细描述和验证了这种方法,还初步分析了影响形体形状的一些主要因素。     

小型饱和汽轮机叶片抗冲蚀保护方法对比试验研究

在多方案的热力设计计算和分析比较的基础上,建立了适用于小型饱和汽轮机叶片抗冲蚀性能对比试验的热态试验装置。在对汽轮机叶片表面处理工艺进行初步研究的基础上,对不同表面处理后的小型饱和汽轮机叶片试样进行了热态冲蚀试验。通过失重法和同位素法两种冲蚀量评价方法对试验结果进行性能对比评定,并通过金相和电镜分析以及化学腐蚀试验对试样的显微组织和微观形貌进行了详细分析,确认了激光相变淬火工艺相对于其他表面处理方案具有更好的耐冲蚀性能。     

水轮机叶片修复机器人的移动平台

设计一种具有曲面自适应功能的、用于水轮机叶片坑内修复机器人的爬壁式永磁吸附移动平台。对移动平台设计中须解决的移动灵活性和吸附能力间的矛盾及复杂空间曲面自适应问题进行分析。为解决移动和吸附的矛盾,提出永磁非接触吸附轮式移动方案。移动平台采用差动驱动的轮式移动机构,吸附力由和壁面非接触的、具有一定气隙的多个永磁吸附装置提供。各吸附装置通过具有3转动自由度的曲面自适应机构和移动机构底盘连接,这使移动平台可用于表面是复杂空间曲面的水轮机叶片表面。研制移动平台样机,试验结果表明移动平台负载能力强,超过80 kg,可原地转向,运动灵活性好,具有较好的复杂空间曲面自适应能力,能够满足水轮机叶片坑内修复的需要。     

轴流式水轮机叶片刚度和强度有限元分析

轴流式水轮机转轮叶片进出口边与枢轴法兰连接的根部易出现应力集中。本文利用ANSYS有限元计算程序对某轴流式水轮机叶片的刚度和强度进行详细的计算分析，提出开应力缓冲槽的改进方案，并进一步探讨应力缓冲槽的形状、大小对降低应力集中效果的影响；在此基础上，提出加大叶片与法兰交接处过渡圆弧的改型方案，对改型前后叶片的应力、变形及模态分析表明，改型后的叶片应力集中显著改善，刚度和固有频率变化较小。     

用模糊综合评判法评估汽轮机叶片寿命

针对汽轮机叶片寿命分析中有许多不确定因素的特点，引入模糊论的观点，提供一种应用于汽轮机叶片寿命计算分析的模糊综合谰判方法。最后对一个实际叶片进行了寿命分析