缩减离心压缩机子午流道高度的优化设计

本文对某离心压缩机用模型级进行缩减子午流道高度的优化设计,目的是在保证范围以及设计点效率和压比不低于原型的条件下,将压缩机子午流道高度降低了12.5%。缩减子午流道高度可以显著降低压缩机的机壳尺寸,进而有效减少产品的重量和制造成本。本文采用拉丁超立方抽样结合神经网络预测模型,解决了压缩机缩尺后出现的弯道入口高流速及回流器叶片短弦长引起的流道损失升高的问题。同时提出分步优化法,通过找出敏感度较高的参数及影响较大的部位进行重点优化,从而缩短优化周期。并且进行了试验,验证了本文优化设计方法的可靠性。

三元叶轮子午流道和叶片的优化方法

利用反问题计算间接对叶片进行参数化并结合神经网络技术,建立了一种基于三维黏性流动分析的叶轮优化设计方法.该方法将设计变量分为叶片的设计变量和子午流道的设计变量,并分别作为子系统和中心系统.首先,在子系统内保持子午流道形状不变,利用遗传算法对叶片进行优化.然后,在中心系统内利用试验设计理论安排训练样本,采用神经网络建立叶轮性能与子午流道设计参数之间的响应关系,同时计及叶片形状对叶轮性能的影响,对子午流道及叶片进行优化.该方法设计变量个数较少,通过将设计变量进行分类并分步优化,有效地减少了计算量,对三元叶轮的优化问题具有良好的应用前景.通过对一台混流泵叶轮进行优化,扬程和效率分别提高了7.43%和3.37%,从而验证了该方法的实用性.

面积律在风扇子午流道修型中的应用

利用外流设计中常采用的面积律方法,对一跨声速风扇实例的子午流道进行修型,并且对修型前、后的风扇转子进行了3D数值模拟．通过对模拟结果的对比分析,可以发现转子叶尖区域的损失明显减小,稳定工作范围被扩宽,因此按照面积律方法修型是有效果的,同时也说明了面积律方法在流道修型设计中具有应用前景．

子午流道Bézier曲线造型中的几何问题

本文首先分析了与Bézier曲线自由度有关的问题．在此基础上提出了用五点四次Bézier曲线进行离心压气机一段子午流道造型的一种方法，它充分利用曲线自由度来满足气动和结构的要求，包括曲线端点处的曲率，同时仍有一定程度上调控曲线形状的余地．对用Bézier曲线构造的子午沈道提出了一种好用的求流道宽度（即作内切圆）的数值方法．

离心压气机子午流道的快速设计分析

随着计算机技术的发展；将个人计算机应用于气动分析和实时设计已经变得可行。近些年来，由于其优越的特性，Ｂｅｚｉｅｒ曲线在ＣＡＤ／ＣＡＭ当中的应用变得越来越广泛。在这篇论文里，介绍了一种利用Ｂｅｎｅｒ曲线来生成压气机子午流道，具有人机对话界面的设计分析软件。利用此软件进行设计，具有快速直观的特点，能够有效的提高设计者的工作效率。

一种离心压气机子午流道的优化成形方法

利用S_2反问题的数值计算,发展了一种通过合理调整压力分布来确定优化子午流道形式的实用方法。优化的两个原则是尽量减少附面层分离和减小作为引起二次流主要原因之一的子午流道内的法向压差。设计了两种自动生成优化流道的方案,并将相应的程序用于实际离心压气机的优化设计,比较了子午流遭轮毂轮整处的压力分布,表明所用的方法达到了予期的效果。

超临界二氧化碳向心透平子午流道构造方法

为探讨不同设计方法对以二氧化碳为工质的向心透平的影响,利用贝塞尔(Bézier)曲线法和直线圆弧法设计了某超临界二氧化碳向心透平的子午流道,并进行数值模拟。结果表明:只要设计合理,直线圆弧法和贝塞尔曲线法设计的超临界二氧化碳向心透平性能均达到较理想的水平,且贝塞尔曲线法略优于直线圆弧法,设计出的子午流道更平滑,曲率变化更平缓,流场更通畅。

多级轴流压气机子午流道堵塞面积律

发展了一个揭示轮毂端区堵塞变化的物理模型,将端壁堵塞量与主要设计参数之间建立起定量的联系,并利用数值模拟方法进行了验证.同时结合飞机跨声速面积律思想,提出了多级轴流压气机子午流道的堵塞面积律,根据此思想改进设计了一台4级压气机,经过数值模拟证明把多级压气机的堵塞量估计与子午流道的轮毂修型相结合,通过轮毂的精确修正,可以改善多级压气机通道的堵塞,使各级的匹配更加合理,效率和裕度得以增加.

三维设计思想在子午流道大扩张角条件下的应用

根据三维设计思想,提出了针对子午流道大扩张角条件下涡轮导向叶栅的设计思想.研究结果表明:在子午流道的设计上,采用减小内端壁扩张角及加大外端壁扩张角的方式,可有效保证内端壁附近气流的抗分离能力,并且导向叶片采用正倾斜设计,以降低通道涡的径向迁移,从而减小或消除导叶尖部气流的分离,增加尖部附近气流的抗分离能力,达到减少损失的目的.该方法现已在某航空发动机高性能低压涡轮气动设计中进行了成功的应用和验证.

有机工质向心透平气动设计与性能优化研究

为提升有机工质向心透平的效率与性能,对400 kW有机工质向心透平进行了一维气动设计。在一维气动设计结果的基础上进行建模,并结合三维数值模拟预测了有机工质向心透平在设计工况下的性能。以向心透平等熵效率为目标,采用均匀试验法对动叶轮的子午流道进行优化设计。结果表明:与原始向心透平相比,优化后的向心透平流场压力分布层次更加分明,整体熵增减小,产生的摩擦损失、尾迹损失明显减小,叶片做功能力增大,向心透平内部的流动情况得到了改善,等熵效率由原来的82.33%提高到85.92%,输出功率也增大了18.04 kW。

低比转速离心压气机子午型线多目标优化设计

以某前/尾缘组合掠型低比转速离心压气机叶轮为研究对象,选取叶轮子午流道型线控制点坐标作为优化变量,结合拉丁超立方试验设计方法构建样本数据库。通过样本数据的训练,建立探索优化变量与气动性能之间非线性关系的Kriging预测模型。基于预测模型,采用SPEA–Ⅱ多目标优化算法进行多变量寻优,以实现设计工况和非设计工况下等熵效率最大化,并对叶轮流场进行整级计算和分析。优化结果表明:设计工况和非设计工况下,压气机等熵效率分别提高了2.69和0.45个百分点;整级压比在大流量工况有所提升,而在小流量工况略有降低;堵塞流量增大,稳定运行范围拓宽。从叶轮流场可以看出,优化后叶轮子午流道前段曲率减小,流道间隙泄漏和流动分离受到抑制;后端流道高度降低,流道扩压度减小,增加了出口处气流速度,低速流团的流动损失降低。

基于粒子群算法的多级低压涡轮一维气动优化设计方法

为探究涡轮高效设计技术,从低维优化层面出发,提出了一种基于粒子群优化算法的多级低压涡轮一维设计和优化方法。该方法以涡轮效率为目标,通过建立涡轮子午流道形式以及气动特性等约束条件将涡轮一维设计转化成包含约束限制的极大值优化问题。在验证粒子群算法优化性能的基础上发展了多级低压涡轮一维气动优化设计程序,该程序通过优化地选取涡轮各级的多个设计变量,有效地生成满足多个约束条件的级最佳速度三角形以及最佳初步子午流道形式。利用该程序完成了原型低压涡轮的优化改型工作,三维数值模拟结果表明,优化改型方案在设计点和非设计点的气动性能均获得了不同程度的改善。

大子午扩张涡轮过渡段的子午型线

在低压涡轮导叶设计中采用三种不同前掠叶型,与原子午型线匹配具有不同分离程度,提出两种子午型线设计方法,采用N-S方程全三维CFD软件对每种方法的多个方案与各种叶型匹配情况下进行数值模拟;研究了大子午扩张涡轮过渡段在不同分离情况下的子午型线优化设计特点。结果表明,通过优化子午型线能够明显提高气动性能,并针对不同分离程度,其提高的限度不同,其子午型线设计的特点也有所不同。

核电站余热排出泵导叶的设计探索

本文利用CFD软件对余热排出泵原始模型在设计工况下的内部流场进行数值模拟,通过对模拟结果的分析发现影响泵性能的因素,据此对子午流道结构进行改进的合理优化设计,从而提高了产品的效率和经济性。本文提出的优化方法为今后的设计提供了有益的参考。

紧凑式多功能低压涡轮导向器设计

在某涡扇发动机结构优化中,为满足总体结构和机械系统的要求,采用了兼具支板功能的紧凑式低压涡轮导向器设计方案。在完成常规涡轮设计的基础上,通过子午流道设计和大叶片设计及数值仿真,对导向器内的流动进行了细致而有效的控制,并对其进行了三轮优化设计和流场分析。结果表明,该优化设计方案在满足结构设计要求的同时保持了良好的气动性能,具有明显的先进性,并在发动机整机试验中取得了良好效果,可推广到其它发动机研制和改型设计中。

某船用汽轮机高压级改型设计及静叶试验

为提高汽轮机高压级流动效率,对某船用高压汽轮机末三级进行了静叶及子午流道改型设计,通过改变叶栅的气动负荷分布以及子午流道形状来实现机组性能的改善.应用全三维粘性数值模拟分析了改型前后机组性能的变化以及流场的特点.对比数值模拟结果可以发现,改型设计不仅消除了静叶外端壁附面层的分离,同时使得各列静叶吸力面最低压力点后移,从而有效地降低了叶栅二次流损失.最后对改型前后的静叶进行了平面叶栅气动性能试验,试验结果表明改进后的叶型不仅缩短了吸力面出口逆压梯度段的长度,还有效地提高了叶栅攻角适应能力.

船用推进器低压透平末两级改型设计

为了改进船用汽轮机低压缸末两级涡轮的气动性能,对叶栅和子午流道进行了改型设计,并运用计算流体力学方法对原型方案和改型方案的内部流场进行了数值模拟。计算结果表明,在流量不变的情况下,这种综合优化设计方法能使汽轮机性能大幅提高,最终汽轮机效率提高了2.162%,功率增加了1.7%。最后对次末级动叶进行了环形叶栅试验,测量了叶片表面压力和总压损失沿叶高的分布。试验结果表明,改型设计优化了动叶中的载荷分布,从而有效地降低了叶栅二次流损失和叶型损失。

紧凑结构下高效离心风机的设计方法

本文阐述了一种紧凑结构下高效离心风机的设计方法。给出了几个关键参数的确定准则;利用Concepts NREC设计软件快速完成子午流道优化;采用弓形进口的设计,优化了风机进口,达到了在紧凑结构下完成高效离心风机的设计目的。

基于NREC的离心空压机叶轮设计方法

本文阐述了一种离心空压机的叶轮设计方法,给出了几个关键参数的确定准则,利用Concepts NREC设计软件快速完成子午流道优化。通过实际运行,叶轮在工作点的参数达到了设计要求,并与理论计算结果吻合较好。

《机械工程学报》英文版2007年第20卷第6期目次、摘要预告

用于光栅拼接的精密平台设计与控制*王勇刘志刚薄锋朱健强(中国科学院上海光学精密机械研究所上海201800)拍瓦激光系统中,构成脉冲压缩器的光栅的尺寸非常大,目前只有通过拼接小口径光栅的方法才能获得,称为光栅拼接。采用拼接法实现大口径光栅在原理上得到证明并且得以试验论证,其中的关键技术是对光栅进行精密的调整。根据影响拼接光栅性能的主要因素。