本文關鍵詞：壓氣機葉型粘性反問題設計方法研究

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【摘要】：提高壓氣機和渦輪的氣動性能是自燃氣輪機問世以來葉輪機械研究領域和工業(yè)界持續(xù)追求的主要目標之一。為此國內(nèi)外發(fā)展了多種正問題優(yōu)化和反問題葉型氣動設計方法。本文基于數(shù)值求解N-S方程和壁面壓力殘差修正,通過給定葉型表面目標壓力分布,發(fā)展了一種二維壓氣機葉型粘性反問題設計方法,并以某型F級地面重型燃氣輪機壓氣機某級動葉和靜葉葉中葉型為算例進行了驗證。 正問題流場計算和分析使用自主開發(fā)的二維粘性N-S方程求解程序,包括網(wǎng)格劃分、N-S方程求解和后處理三個模塊,計算采用H型結構化網(wǎng)格和B-L代數(shù)湍流模型。為驗證程序的準確性,首先對網(wǎng)格劃分方案進行了對比篩選,通過對葉柵流量、總壓損失系數(shù)、氣流折轉角、靜壓比及葉型表面壓力分布的對比分析,確定了合理的網(wǎng)格分布方案。在此基礎上,分別對評價葉柵氣動性能的兩個重要指標：總壓損失系數(shù)-攻角特性和氣流折轉角-攻角特性,將正問題求解結果與商用軟件的計算結果及平面葉柵實驗結果進行了對比：并以靜葉葉型為例,對其在不同攻角下的壓力分布與商用軟件的計算結果進行了對比,驗證了自主開發(fā)程序的可靠性。 葉型壁面修正由正問題計算所得表面壓力分布與目標壓力分布殘差修正的反復迭代實現(xiàn)。該反問題設計方法由陳乃興研究員提出和發(fā)展,并在透平葉柵吸力面局部修正中得到了有效驗證。本文首先通過對壓力松弛因子、收斂準則的合理選取將該方法推廣應用于壓氣機動、靜葉葉型吸力面局部修正的反設計,驗證了其對壓氣機葉型的適用性和有效性。進一步,推導得出了壓力面壁面修正方程,并編制程序代碼,將反設計程序擴展至壓力面局部修正,通過對動、靜葉葉型壓力面局部修正的反設計驗證了程序的正確性；同時,實現(xiàn)了葉型吸力面與壓力面同時進行局部修正的反設計。 在葉型局部修正方法的基礎上,改進了計算網(wǎng)格的劃分和目標壓力在網(wǎng)格節(jié)點上的插值方法,實現(xiàn)了對包含前緣、尾緣的吸力面和壓力面整體葉型進行反設計修正。修正過程中保持葉型軸向坐標最小點和最大點不變,分別對葉型吸力面整體平移、壓力面整體平移以及吸力面和壓力面同時整體平移的初始葉型進行反設計修正,反設計得到了與目標葉型一致的幾何型線、壓力分布和氣動性能,驗證了改進后的反問題設計方法對葉型整體修正的有效性。
【學位授予單位】：中國科學院研究生院（工程熱物理研究所）
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TH453

【參考文獻】

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本文編號：1225057