基于环量分布的离心叶轮S2流面设计与优化

采用准三维气动设计方法,用Bezier曲线表示环量沿轮毂和轮盘的流向分布,子午面环量分布由拉普拉斯方程确定,设计了3种不同负荷分布的离心式叶轮。采用CFD模拟,对比叶轮内流动和气动性能的优劣,结果表明:均匀加载型式的叶轮性能优于前加载或后加载的叶轮,最优设计的叶轮负荷分布是"两端小,中间大"。通过Laplace方程和Bezier多项式控制环量可以达到灵活控制叶片载荷的目的。

叶轮S2流面气动半反问题通用解法的改进

经典S2流面方程在应用中,需要根据计算对象是轴流或径流式叶轮,选择求解的主方程,以避免求解中出现不稳定。本文建立了S2流面半反问题的通用方程,能够直接适合多种形式的叶轮。其次,建立S2流面的环量分布方程,使得在设计环量约束条件下,同时满足了库塔条件,而且环量的空间分布更加光滑连续。第三,提出了S2流面生成的方程,达到了S2流面的光滑性及其与流动的一致性。通过在轴流、向心混流两个计算案例的应用,证明了本文方法的可行性.

任意曲线坐标系Euler方程S2流面的计算方法

为提高S2流面计算方法对涡轮复杂几何的适应性和计算能力,详细推导了任意正交曲线坐标系下应用于流道中心S2流面计算的Euler方程,提出了任意曲线坐标系Euler方程S2流面的计算方法,发展了适用于三阶精度总变差减小的差分格式的数学模型,结合了隐格式时间推进、Riemann问题求解等技术。在应用于带弧形凸起的流道及某直叶栅气动参数计算,并对某三级低压涡轮进行性能预测的结果表明:所提方法对激波具有较高的捕捉精度,能够较准确地获得叶栅气动参数分布,且与实验结果吻合良好;对于多级涡轮总性能参数和气动参数分布均有较高的计算精度,是一种可为涡轮设计提供快速、可靠的计算方法。

联合应用现代优化方法与S2流面计算进行多级涡轮的气动设计

本文联合应用S2流面正问题计算和多级局部优化设计对某三级涡轮进行多级气动优化设计。优化联合采用人工神经网络和遗传算法,流场计算采用全三维粘性流N-S方程求解,计算网格采用H-O-H型网格,即入口段、出口段采用H型网格,叶片区域采用O型网格。通过优化,总效率提高1.1%,总体性能提高,达到设计要求。

汽轮机气动设计中的S2流面计算

本文介绍了基于S2流面上流函数气动方程反问题解法的汽轮机气动设计计算方法。可以与S1流面上的计算结合起来进行透平级的准三元设计计算，也可以在某些简化条件下单独使用，进行多级透平各排叶片扭曲规律的设计计算。基本方程采用任意非正交曲线坐标系，使用线松弛方法求解。以哈尔滨汽轮机厂优化20万kW汽轮机低压缸为算例，将计算结果与轴对称假定下叶片间隙站内的计算结果进行了比较，并分析了叶片力、叶片厚度及熵的积累等因素对计算结果的影响。

不同损失模型对气冷涡轮S2流面优化影响的分析

应用S2流面正问题进行某涡轮优化设计,在考虑设计变量、目标函数和约束条件的情况下,考察不同损失模型对于优化结果的影响。计算结果显示,不同损失模型对于S2优化结果影响差异较大,降低了总体损失,等熵效率都有不同程度的提高。因此,采用可靠准确的损失模型是S2优化计算的关键,对现有损失模型进行与实验数据的考核非常重要。

重复级压缩机S2流面参数匹配研究

针对一个重复级设计的四级轴流压缩机开展S2流面气动优化。在维持压缩机原有重复级设计特征和转、静子叶型不变的前提下,开展转、静子叶排S2流面气动参数径向分布的优化。CFD计算结果表明,S2流面气动优化,使得第一级动叶吸力面分离推迟,低马赫数区域减小,设计点总压比达到设计要求,等熵效率提高了9.4%,该四级重复级风洞压缩机性能显著提高。

基于S_1,S_2流面理论的液体火箭发动机涡轮内部流场计算

应用S1,S2流面理论对某大型液氢/液氧火箭发动机涡轮泵的两级轴流式涡轮内部跨声速流场进行计算和分析。流面的求解采用流线曲率法。将混合平面法的思想用于流线曲率法的求解过程中,对动、静叶排之间的相互干扰进行处理,将复杂的非定常问题简化为定常问题,从而简化计算。粘性的影响通过几种损失系数进行修正。计算结果较好地描述了涡轮内部的流动情况,为进一步完善涡轮设计、提高涡轮性能提供了理论依据。

基于S2流面方法的自发凝结湿蒸汽流动数值研究

基于欧拉S2流面计算程序,发展了一种Eulerian/Eulerian模型的湿蒸汽自发凝结流动数值计算方法,并将其应用于Moses-Stein喷管和某三级低压蒸汽透平性能预测。结果表明,该方法能够较准确地计算喷管中蒸汽的自发凝结现象,与实验结果吻合良好;能够合理预测低压蒸汽透平中湿蒸汽对气动参数的影响及气动参数的真实分布规律,为蒸汽透平提供了快速、准确的气动设计方法和工具。

考虑滑移的离心泵叶片 S_2 流面反问题计算方法

针对离心泵叶轮叶片数较少的特点，将有限叶片数带来的滑移的影响引入Ｓ２流面反问题计算过程之中，提出了用滑移率修正在假定流动轴对称条件下确定的叶片安放角的做法．从而使Ｓ２流面反问题计算方法更接近于实际情况．文中给出了计算实例，并与现有的Ｓ２流面反问题计算结果进行了对比．

双涵道叶轮机S_2流面反问题计算方法

在双涵道叶轮机风扇和压气机的设计中,本文将风扇及内外涵叶片的S2流面反问题统一起来,而成为一个统一的双涵道叶轮机S2流面反问题。在分涵处,采用一列重叠网格,用来传递分涵处上游和下游的流场信息,分流机匣最前面的点既是内涵的计算点,又是外涵的计算点,以该点的压力值作为收敛的判断依据,通过改变分流比,使计算得到的两个压力值相等,分流机匣前的流线平滑,从而得到合适的流场。本方法适用于较复杂的双涵道叶轮机设计,风扇和内外涵叶片排数理论上都不受限制。

透平短叶片级S_2流面计算结果分析——叶片槽道内环量分布和叶片倾斜的影响

本文利用中国科学院工程热物理所和哈尔滨汽轮机厂共同研究开发的汽轮机实用 S_2流面反问题计算程序.对哈汽厂某大型汽轮机的调节级进行了计算,分析了静叶槽道内的环量分布规律和静叶采用复合倾斜叶片的影响。计算结果和文献中用单列叶栅无粘全三元势函数程序的计算结果进行了对比。

基于现代最优控制理论的轴流涡轮级S_2流面优化设计计算方法探讨

把数学规划论和现代最优控制论引入了轴流涡轮级的优化设计。采用非线性数学规划条件极值问题的求解方法进行了轴流涡轮级子午面几何通道形状及叶片几何参数的最优化设计 ,再在优化了的子午面几何通道内建立包括涡轮级内所有性能参量的最优流型命题的物理模型及其数学表达式 ,并归化为一个在给定初始状态、自变量终端固定、部分状态变量终端受有约束的条件下使级的输出功率最大的最优控制问题 ,应用“代价函数法”及“共轭梯度法”计算得到符合给定约束条件并使目标函数取极值的最优环量分布 。

轴流压气机三种S_2流面计算程序的比较

对流函数法、流线曲率法和欧拉法的计算结果进行了比较分析 ,得出了六条适应性的结论。从方程体系、计算方法上进行比较 ,同时对某三级轴流压气机进行了校核 ,但到目前为止 ,仍没有足够的实验数据表明哪一种方法更好一些。因此建议在设计过程中应抓住问题的主要矛盾 ,灵活运用三种方法分析问题。

对S_2流面的两类典型梯度方程的分析

本文作者证明了用于计算叶轮S2 流面相对速度分布的两类典型速度梯度方程的同一性 ,并根据它们形式上的重要差异分析了它们各自的应用特点。

透平级S_2流面内的反问题湍流计算

本文发展了应用湍流流函数方程计算湍流流场的方法。计算了扭曲叶片Ｓ２流面的湍流流场．在非正交曲线坐标可压湍流方程组中包含了以无量纲形式表示的能量方程，熵方程和Ｋ－ε湍流模型方程。固壁边界上采用了壁函数方程。通过计算得到了透平级内部的湍流流动合理的收敛解。此方法可以通过调节子午通道的形状及环量的大小分布来防止流动中负速度的出现，为高效透平级的设计提供了一种新的途径。

混流叶轮S2流面的展向掺混模型与应用

本文在S2流面流动方程中加入了"展向掺混"模型,模拟叶栅端部二次流动、湍流扩散等对局部低动量流体的展向输运效应。方法用于混流叶轮内流动分析,结果表明:由于混流叶轮子午流道的大曲率,叶轮端部的低动量流体在展向的扩散远大于轴流叶栅,叶轮出口的展向均匀化趋势更加明显。合理的选择掺混扩散系数,可以获得与三维N-S计算的周向平均值类似的子午面分布,从而提高了S2流面分析和设计的可靠性。

关于S_2流面计算的探讨

根据计算实践给出了在以速度梯度方程计算S2 流面相对速度分布过程中的一些注意事项 ,它们对简化计算 。

有厚叶片的S_2流面反问题计算

本文建立了一种给定及厚度分布规律的有族流动的混流式转轮叶片设计模型．应用周向平均处理方法，由三维欧拉方程导出子午面上的普通运动方程，该方程可以计及来流有旋、环量分布不均匀及转轮本身对轴面流动的影响．用置于叶片中心的源汇来描述叶片厚度对流场的作用，使设计计算更为灵活简单．结合算例分析了叶片本身与来流旋涡对轴而流场的影响，发现二者作用刚好相反，这些为设计出性能优良的转轮进一步提供了依据和方法．

S_2流面非正交曲线坐标可压湍流方程组及其求解

前言 文献[1]在文献[2、3]的基础上导出了非正交曲线坐标可压湍流的基本控制方程组。在国内、外的湍流计算中,运动方程中一般都含有压力项,该项对收敛性影响较大,不太容易处理。本文用焓和熵(热力学第二定律)代替运动方程中的压力项。