涡轮S2流面正问题气动优化设计研究

论文摘要

涡轮气动优化设计的最终过程是多级涡轮全三维气动优化设计,但三维计算在空间和时间上的复杂度都比较高,且设计过程需要考虑的问题非常之多。如果没有一套很好的准三维计算结果作为全三维设计的初始值,很难在短时间内得出非常好的结果。所以将传统设计流程和现代设计概念相结合,形成一套完善的分层次优化设计系统是非常有必要的。本文首先阐述了涡轮气动设计体系与气动优化设计的发展历史,主要内容包括:一维气动设计体系,准三维气动设计体系,三维气动设计体系;一维气动优化设计,准三维气动优化设计,三维气动优化设计。详述了S2流面正问题气动优化设计(下文简称为S2优化设计)的发展历史及国内外研究状况,损失模型的发展历史及其现状。系统介绍了本文所采用的S2优化设计系统,包括叶片造型、S2流面计算、损失模型、优化方法及优化软件。本文应用S2流面正问题计算程序,在考虑设计变量、目标函数、约束条件的情况下,考查不同损失模型对于优化结果的影响。结果显示,不同损失模型对于S2优化设计结果影响差异较大,但通过改变设计变量的组合,优化后总体损失都有所降低,等熵效率都有不同程度的提高。结果表明采用准确的损失模型是S2优化设计的关键。针对ЦИАМ模型,本文将此损失模型所预测的结果与10组叶型的损失实验数据进行了对比,找出其缺点,然后对原ЦИАМ模型进行了修正,使预测与实验数据的叶型损失误差由原来的37.56%降低到22.59%,总损失误差由原来的38.31%降低到30.95%。应用本文所介绍的S2优化设计系统,对某两台低压涡轮进行了S2优化设计。其中四级低压涡轮应用原始的ЦИАМ模型优化后的等熵效率由90.40%提高到91.25%,应用修正后的ЦИАМ模型的等熵效率由90.81%提高到91.59%。三级低压涡轮的等熵效率由89.50%提高到91.22%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 涡轮气动优化设计发展历史
• 1.2.1 航空涡轮气动设计体系的发展
• 1.2.2 航空涡轮气动优化设计的发展
• 1.2.3 涡轮分层次的气动优化设计系统
• 2 流面优化设计的现状'>1.3 涡轮S₂流面优化设计的现状
• 1.4 涡轮损失模型概述
• 1.4.1 各种损失分类
• 1.4.2 损失模型
• 1.5 论文工作的目的与主要内容
• 2流面优化计算方法'>第2章 S₂流面优化计算方法
• 2.1 引言
• 2 流面优化计算流程'>2.2 S₂流面优化计算流程
• 2.3 叶片成型技术
• 2 流面计算程序'>2.4 S₂流面计算程序
• 2 流面的基本方程'>2.4.1 S₂流面的基本方程
• 2.4.2 计算流程
• 2.5 损失模型介绍
• 2.5.1 AMDCKO模型
• 2.5.2 ВТИ模型
• 2.5.3 ЦИАМ模型
• 2.6 优化方法与优化软件
• 2.6.1 优化方法
• 2.6.2 优化软件
• 2.7 本章小结
• 2优化设计结果的影响'>第3章 涡轮损失模型对S₂优化设计结果的影响
• 3.1 引言
• 3.2 算例特点
• 3.3 总体参数分析
• 3.4 沿叶高的参数分析
• 3.4.1 反动度沿叶高的分布
• 3.4.2 能量损失系数沿叶高的分布
• 3.4.3 出口气流角沿叶高的分布
• 3.4.4 沿叶高末级绝对出口气流角的分布
• 2 优化设计建议'>3.5 S₂优化设计建议
• 3.6 本章小结
• 第4章 标定与修正损失模型
• 4.1 引言
• 4.2 各列叶栅特点与实验数据
• 4.3 原始损失模型预测结果与实验结果对比
• 4.4 对原始损失模型的修正
• 4.4.1 临界速度系数
• 4.4.2 尾迹损失
• 4.4.3 马赫数修正
• 4.4.4 雷诺数修正
• 4.4.5 二次流沿叶高分布
• 4.5 修正损失模型预测结果与实验结果对比
• 4.6 原始与修正损失模型预测性能误差分析
• 4.7 本章小结
• 2优化设计结果'>第5章 某两台低压涡轮S₂优化设计结果
• 5.1 引言
• 2 优化设计结果分析'>5.2 原始与修正的损失模型S₂优化设计结果分析
• 5.2.1 原型特点
• 2 优化设计总参数分析'>5.2.2 S₂优化设计总参数分析
• 5.2.3 沿叶高参数分析
• 2 优化设计结果分析'>5.3 某三级低压涡轮S₂优化设计结果分析
• 5.3.1 一维气动设计与分析
• 2 优化设计总参数分析'>5.3.2 S₂优化设计总参数分析
• 5.3.3 沿叶高参数分析
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢