本文關鍵詞：風扇葉片氣動性能優(yōu)化設計

  更多相關文章： 跨音風扇 多級環(huán)境 第一級轉子 并行遺傳算法 數值優(yōu)化 葉片設計

【摘要】：高效率一直是多級軸流風扇所追求的目標,對于高負荷跨音風扇轉子,由于葉尖進口馬赫數高,激波強度大,設計難度大,采用自動優(yōu)化的方法能夠大大減小對設計者專業(yè)知識和經驗的依賴,對于多級風扇,網格量大,計算時間長,由于遺傳算法將產生若干個個體,都將進行流場計算,將大大增加優(yōu)化所耗時間。本文探索考慮相鄰葉片排影響的單排葉片優(yōu)化方法、兼顧級環(huán)境匹配特性,提高現有兩級風扇效率;本文研究另一主要內容就是參照該兩級風扇第一級轉子性能指標,自行進行氣動設計,以驗證設計軟件平臺并進一步提高該轉子性能。本文首先對現有兩級風扇進行了全流場特性計算,并探索了三種邊界條件設置方案單轉子流場計算方法。通過對設計點流場計算得知,方案三與兩級環(huán)境下單轉子性能最為接近,并通過對設計點葉片通道內流場對比,兩者基本吻合。然后運用課題組現有的基于并行遺傳算法的三維葉片優(yōu)化軟件,采用方案三對該轉子進行三維優(yōu)化,優(yōu)化目標為保證流量和壓比不變,提高其效率。優(yōu)化后的單轉子葉片在設計點效率提升近一個百分點,最后將優(yōu)化后的轉子葉片放入兩級環(huán)境中計算得知,結果表明:與原始兩級風扇相比,采用優(yōu)化轉子的兩級風扇在設計點效率也提高0.5個百分點以上,裕度近于相同,達到了預期的效果。參照上述轉子性能指標,對該跨音風扇轉子進行自行設計,包括初始葉片設計和三維葉片優(yōu)化。采用課題組現有的設計軟件,進行通流設計,并分別設計出10%、50%、90%葉高的二維葉型。由于高跨音風扇轉子葉片葉尖處進口馬赫數高,運用超音葉型設計方法,設計出兩個90%葉高葉型,即S型預壓縮和C型超音葉型。結果表明:采用S型葉型可以有效地降低激波前馬赫數值,降低激波損失,并有效控制波后附面層分離。將10%和50%葉高葉型分別與兩個90%超音葉型徑向積疊成兩個三維葉片。最后運用課題組三維優(yōu)化軟件,分別對兩個葉片進行三維優(yōu)化。經過優(yōu)化,葉片A效率提高2個百分點以上,葉片B提升近一個百分點,流量和壓比更接近設計值。
【關鍵詞】：跨音風扇 多級環(huán)境 第一級轉子 并行遺傳算法 數值優(yōu)化 葉片設計
【學位授予單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：V232.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-12
• 注釋表12-13
• 第一章 緒論13-19
• 1.1 研究背景和意義13-14
• 1.2 國內外研究現狀14-18
• 1.2.1 風扇/壓氣機自動優(yōu)化設計研究14-15
• 1.2.2 高負荷軸流壓氣機/風扇設計研究及激波研究15-17
• 1.2.3 多級軸流風扇/壓氣機設計及研究17-18
• 1.3 本文主要研究內容18-19
• 第二章 三維葉片自動優(yōu)化設計方法19-30
• 2.1 三維葉片自動優(yōu)化方法介紹19-29
• 2.1.1 數值最優(yōu)化方法19-20
• 2.1.2 并行遺傳算法簡介20-21
• 2.1.3 二維葉型/三維葉片參數方法21-23
• 2.1.4 三維流場計算方法23-29
• 2.2 小結29-30
• 第三章 原始兩級風扇及單轉子/靜子研究30-49
• 3.1 帶導葉兩級原始風扇性能計算30-37
• 3.2 主要參數對轉子葉片性能的影響37-41
• 3.2.1 第一層網格寬度對轉子葉片性能的影響37-39
• 3.2.2 上子午面下壓對轉子性能的影響39-41
• 3.3 級環(huán)境下轉/靜子與單排計算的比較41-47
• 3.3.1 單排靜子計算41-43
• 3.3.2 單排轉子計算43-47
• 3.4 小結47-49
• 第四章 基于準級環(huán)境下轉子葉片單排三維優(yōu)化設計49-70
• 4.1 轉子葉片優(yōu)化參數設置49-50
• 4.1.1 葉片設計參數及其修改量設置49-50
• 4.1.2 目標函數設置50
• 4.1.3 遺傳相關參數的設定50
• 4.2 第一次優(yōu)化結果分析50-53
• 4.3 第二次優(yōu)化結果分析53-69
• 4.3.1 個體進化圖53-54
• 4.3.2 優(yōu)化前后子午面和葉片對比54-56
• 4.3.3 優(yōu)化前后單轉子葉片性能比較56-60
• 4.3.4 優(yōu)化前后兩級風扇性能比較60-65
• 4.3.5 優(yōu)化后上子午面整體下移性能比較65-69
• 4.4 小結69-70
• 第五章 基于準三維方法的轉子葉片三維設計70-81
• 5.1 S2流面通流設計70-72
• 5.2 S1流面葉型設計72-76
• 5.2.1 超音葉型介紹72-73
• 5.2.2 回轉面計算結果與通流計算結果對比73-76
• 5.3 三維流場計算76-80
• 5.4 小結80-81
• 第六章 初始轉子葉片氣動優(yōu)化設計81-98
• 6.1 轉子葉片A三維氣動優(yōu)化設計81-87
• 6.1.1 三維葉片參數修改量81
• 6.1.2 目標函數設置及遺傳算法相關參數設定81-82
• 6.1.3 優(yōu)化結果分析82-87
• 6.2 轉子葉片B三維氣動優(yōu)化87-93
• 6.2.1 修改量及權重系數設置87
• 6.2.2 優(yōu)化結果分析87-93
• 6.3 與現有某兩級風扇第一級轉子性能比較93-97
• 6.4 本章小結97-98
• 第七章 總結與展望98-100
• 參考文獻100-103
• 致謝103-104
• 在校期間的研究成果及發(fā)表的學術論文104

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本文編號：759893