轴流压缩机亚音速叶片的三维气动优化设计

以某单级轴流压缩机亚音速叶片为研究对象,运用Numeca中的全三维优化设计平台Design 3D,采用了三维N-S方程流场计算、网格自动生成、人工神经网络与遗传算法寻优相结合的方法对其进行了三维叶片型线优化设计。通过流场分析,优化效果显著。     

基于数值优化方法的轴流压气机叶片设计与分析

基于商业软件NUMECA的叶轮机械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,对一跨音速轴流压气机叶轮进行了三维叶片型线优化设计.优化目标是在流量、总压比不减小的情况下,降低总压损失,以提高其整体效率.优化叶片与原叶片相比,总压损失显著降低,等熵效率提高了1.285%,同时总压比和流量也都得到了提高.通过流场分析,可以看出优化叶片性能的提高主要是源于中上部叶展区域的总压损失的减小,而总压损失的减小则主要归功于分离区的减小和激波的削弱.     

流固耦合作用对轴流泵内部流场影响的数值计算

采用雷诺时均Navier-Stokes方程和RNG k-ε双方程湍流模型,基于弹性体结构动力学方程,对轴流泵内部流场和叶轮结构响应进行多工况双向同步耦合求解,研究了流固耦合作用对轴流泵内部流场的影响。结果表明:考虑流固耦合作用后,叶片工作面和背面的压差有所减小,说明叶片性能有所下降;叶片出口处的二次回流现象有所加剧;计算得到的轴流泵水力性能参数更加接近试验值,说明考虑流固耦合后的流场更加接近于真实流场。     

基于流固耦合的轴流泵流动与可靠性分析

某泵站中的轴流泵是整个调水工作正常进行的关键设备。针对轴流泵运行的高效性和安全性问题展开分析，通过数值模拟的方法研究设计工况下轴流泵内部的流动状况、预测水力性能。在流场计算结果的基础上，对轴流泵包括叶轮、转轴的转子进行建模，运用ANSYS Workbench软件对叶轮内流场与转子进行了流固耦合数值模拟，分析叶轮部件的受力与变形情况，校核工作轴的临界转速，为轴流泵的安全运行提供依据。     

液力变矩器叶栅系统三维优化设计方法研究

为实现液力变矩器叶栅系统的完全三维设计及其优化,开发了一套包含束流初值搜索、循环圆与叶形的参数化设计、网格划分、流场分析、试验设计和优化算法在内的三维优化设计系统,并且为各环节开发了相应设计工具。快速的束流初值遗传算法搜索为三维多目标优化提供合理初值;循环圆设计工具可以快速灵活地给出平面分布和几何约束,而后叶形设计分别为泵轮、涡轮和导轮叶片指定叶片角度和加厚形式,空间三维叶片设计整合前面设计结果生成叶片空间姿态,同时在整个叶片成型过程中完全采用参数驱动的形式;为对各个参数对传动性能的影响有准确反映,对设计结果进行了自动的网格划分和数值分析,并将分析结果反馈给优化设计环节以及后续相关部件的有限元分析环节;优化设计采用试验设计与全局优化算法相结合以提高设计的稳健性,加速收敛。通过对D400型液力变矩器的三维优化,得到了一组新的优化叶片,传动特性得到提高、同时减少了设计用时和优化迭代次数,表明叶栅的三维优化设计系统是开发新型性能优良液力变矩器的更为有效和准确的工具。     

移动泵站轴流泵的CFD数值模拟分析

为了研究轴流泵的水力特性,了解不同工况下轴流泵的工作状态并了解其流道内流场特性,基于福建侨龙公司多功能移动泵站轴流泵三维数模,采用fluent软件,选用k-ε湍流模型对模型泵进行数值模拟。通过数值模拟预测了轴流泵的水力特性,并与试验结果进行对比分析,验证了模型准确性。在此基础上,分析了两种不同工况下轴流泵叶轮叶片和导叶表面的压力及速度分布情况,揭示了叶片和导叶的流态以及表面压力在流场中的分布规律。数值模拟结果对深入了解轴流泵内部流动规律和指导水力机械设计有一定的参考价值。     

轴流泵全流道三维定常流场特性分析研究

建立了轴流泵三维几何模型,采用分块结构网格划分技术进行了结构化的网格划分,给出了边界条件的设置及湍流模型的选取原则。在此基础上进行了轴流泵内部流场的数值模拟仿真计算,得到了不同工况下轴流泵叶片、导叶及交界面的压力云图和速度矢量图,分析了轴流泵压力和速度分布特性,其研究结果可为轴流泵的设计和性能改进提供参考。     

轴流风机叶型自动优化设计

将遗传算法与流场正问题计算相结合,构造轴流风机叶型自动优化设计软件。利用遗传算法可并行特质,实现局域网多CPU并行优化,大幅度缩短寻优耗时。应用所研制的软件,对一低压轴流风机5个型面进行优化设计、沿径向积叠构成三维叶片,并运用NUMECA软件对设计叶轮进行数值验算。结果表明:优化叶轮基本达到给定压升、流量并具有较高的全压效率和较大的稳定工作裕度。     

用数值模拟研究叶片数变化对轴流泵性能的影响

应用轴流泵作为喷水推进器的核心部件具有推进效率高、抗空化（汽蚀）能力强、噪声低等优点。本文运用计算流体动力学（CFD）软件-FLUENT基于标准κ-ε紊流模型以及SIMPLE算法对020Q84轴流泵内部流场及其运行特性进行三维数值模拟，研究叶片数变化对轴流泵性能的影响。研究结果对轴流泵设计人员具有一定参考价值。     

串列式双级轴流泵性能的数值模拟

为了揭示串列泵的内部流动机理及其能量特性,采用两个具有试验结果的轴流式叶轮和一新设计的导叶串联组成了一串列式轴流泵模型。应用Pro-E对该串列泵进行三维实体造型,用数值模拟的方法计算泵内的流场。数值计算采用NUMECA商业软件。在不同的工况条件下获得前后叶轮内部的速度矢量分布。基于流场计算结果,预测包括扬程、效率和轴功率在内的串列泵性能。将数值计算的结果与原叶轮的试验结果进行对比并与首级叶轮比较,串列轴流泵次级叶轮压力面和吸力面的速度具有较大的差值。与一般的轴流泵比较,串列式轴流泵具有比较宽的高效区,最优工况点向大流量区域偏移,其轴功率不再像普通轴流泵那样随流量的增加而减小。为了分析前后叶轮的相互作用,预测不同的后叶轮叶片偏转角条件下的串列泵性能,结果表明后叶轮的叶片偏转角对串列泵性能有重大的影响。     

An optimal design for axial-flow fan blade: theoretical and experimental studies

The technique of inverse design problem (IDP) for optimizing the three-dimensional shape of an axial-flow fan blade based on the desired airflow rate is presented in this work. The desired volume flow rate of air can be obtained from the airflow rate of the existing axialflow fan by multiplying it with a constant which is greater than unity. The geometry of the redesigned fan blade is generated using numerous design variables, which enables the shape of the fan blade to be constructed completely; thus the technique of parameter estimation for the inverse design problem can be used in this study. Results show that with the redesigned optimal fan blade, the airflow rate of fan can be increased, thereby improving the performance of the axial-flow fan. Finally, to verify the validity of this work, the prototypes of the original and optimal axial-flow fan blades are fabricated and fan performance tests are conducted with these blades on the basis of the AMCA-210-99 standard. The algorithm used in the present study can be applied to the blade design problem in any propulsion and power systems.     

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.     

基于轴流泵间隙流动的新水力设计方法

轴流泵叶轮轮毂与轮缘处间隙流动及边界层对轴流泵性能的影响很大,应用Numeca及Flu-ent等软件对轴流泵叶轮轮缘间隙中的流动进行数值模拟,根据流动模拟结果对叶轮叶片型线及轮毂、轮缘处的叶型设计进行修正,使其速度-压力分布比较理想,并提出了基于间隙流动的轴流泵水力设计方法,这种新的水力设计方法有利于改进轮缘和轮毂处边界层以及轮缘间隙中的流动,达到提高轴流泵效率的目的。     

大功率机车用轴流冷却风机叶轮气动性能优化

本文基于人工神经网络代理模型对某大功率机车用轴流冷却风机叶轮进行优化设计。采用S-A湍流模型和求解三维雷诺平均N-S方程分析叶轮内部流动,以叶片中弧线进口角、出口角和叶片的安装角为设计变量,优化目标函数选择效率和静压升。设计点采用随机离散层取样方式,在几何参数的设计范围内生成样本并进行三维流动分析,以得到目标函数的模拟值;取不同自由参数可变范围,多次优化。优化设计结果与原始模型相比提高效率1.5%,静压升提高87Pa,其非设计点性能也均有所提高,满足设计需要。     

单级轴流风机准三维设计

详细地讨论了用流线曲率法对单级轴流风机进行准三维设计的方法和步骤,结合平面叶栅法和流线曲率法解决了单级轴流风机的设计问题,这种方法让叶片造型更加适应流场的分布,可以达到较好的增压效果.最后得到叶片前后缘气流参数和动静叶片中心面的形状,并对算例设计结果的压缩性能进行了评估.     

利用静子非轴对称轮毂造型提高轴流压缩机效率

以减弱轴流压缩机静叶角区分离为目的,将非轴对称端壁造型技术引入轴流压缩机的设计中。数值模拟结果显示,设计的非轴对称轮毂使原型压缩机静叶根部的角区分离显著减小,级工作效率得到提高。     

基于点搜索组合曲面清根加工轨迹优化算法

清根加工质量严重地影响着组合曲面体零件的工作性能。为提高清根加工刀心轨迹的精度和自动化处理程度,在点搜索的基础上提出了初始点自适应调整和多搜索中心分区域搜索优化算法。以航空发动机叶片缘板与叶型过渡区域清根加工为研究对象,在参数域内分析了点搜索算法。在此基础上,以寻找临界不确定点为引导方向对初始搜索点进行自动调整并优化搜索区域。又针对搜索到的控制点分布不均问题,提出多搜索中心分区域搜索方法,得到可控且分布均匀的刀心轨迹控制点。将控制点拟合得到的样条曲线向缘板偏置面投影作为刀心轨迹线,并对其进行了误差分析。以叶片叶型与安装缘板和阻尼台两处过渡区域的清根加工为例,对算法的有效性进行了仿真验证,证实所提方法的正确性和有效性。