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第26卷 第9期计 算 机 仿 真2009年9月 文章编号:1006-9348(2009)09-0073-04压气机叶片扭曲规律的多目标三维气动优化黄 磊,楚武利,邓文剑(西北工业大学动力与能源学院,陕西西安710072)摘要:为了提高轴流压气机的等熵效率和总压比,采用基于人工神经网络及遗传算法的叶轮机械叶片三维优化设计方法,开发了一种高性能的动叶片。
优化目标是在流量不减小的情况下,尽可能的提高转子叶片的总压比和等熵效率。
优化仿真结果显示,优化后所获得的扭曲叶片可以有效地改善叶根处的流动分离,流动分离区明显后移,损失显著降低,在整个工作范围,等熵效率提高了1.27%-7.08%,流量和总压比也都得到了大幅度的提高。
结果表明,对亚音叶片进行扭曲规律优化效果很明显,优化方法是获得高性能转子叶片的有效途径。
关键词:扭叶片;优化设计;人工神经网络;遗传算法;数值仿真中图分类号:TH443 文献标识码:AM ulti-objective3D A erodyna m ic Opti m ization of Tw istedStacki ng of Co mpressor B l adesHUANG Le,i CHU W u-l,i DENG W en-jian(Schoo l o f P o w er and Energy,No rth w estern Po lytechn i ca lU n i versity,X i an Shanx i710072,China)ABSTRACT:In o rder to i m prove t he isen trop i c e ffi c iency and ove ra ll pressure rate o f ax i a l co m pressor,a new hi ghpe rf o r m ance rotati ng blade has been deve l oped.A3D opti m ization desi gn m ethod based on artifi c i a l neura l net w orkand genetic algor it h m is adopted t o construct the blade shape.The opti m ization ob jecti ve i s m ax i m u m ov era ll press urerate and isentropic e fficiency of rotor blade,as w ell as keepi ng the m ass flow unchanged.The opti m ization si m ulationresult show s t hat the opti m i zed blade e ffecti ve l y i m prov es the flo w separati on nea r the hub.T he flow separation a ream oves towards tra ili ng edge obv i ousl y and decreases the loss g reatly.In t he w ho le opera ti ng range,t he i sentropic effic i ency is i ncreased by1.27%-7.08%.A t the sa m e ti m e,the m ass flow and overa ll pressure rate are i m provedgreatl y.It is found that t he opti m i zed effect of t w isted stack i ng of t he subson i c blade is qu ite obv i ous.T he opti m ization me t hod is an effi c ient w ay to get a ro tor blade w ith h i gh pe rf o r m ance.KEY W ORDS:Tw isted b l ade;O pti m iza tion desi gn;A rtificia l neura l net wo rk;G enetic a l gor it hm;Nume rical si m ulation1 引言叶片是叶轮机械通流部分中的关键单元部件,担负着热/功转换的重要任务,其气动性能主要取决于它的三维造型,所以要提高叶轮机械的性能必须高度重视叶片的三维气动优化设计,对压气机叶片进行优化设计是提高压气机效率、做功能力、流通能力的有效途径[1-3]。
如何使用Numeca进行离心压气机仿真计算陈山(****************.cn)目标：得到如图1中的离心压气机实体，使用Numeca软件应如何进行操作才能得到仿真结果？下面按照要进行操作的大概步骤进行讲述。
图1 离心压气机部件实体对于离心压气机，气体流通区域包括叶轮通道区及蜗壳流道区，那么也就只需要这两部分区域进行仿真计算。
那么目标就是处理得到的实体模型，得到这两部分区域。
Numeca软件：要使用Numeca软件进行操作及仿真，先来认识一下Numeca。
包括：IGG/AutoGrid（前处理模块，主要用于几何处理及网格生成）、Fine（求解器，进行流场求解）、CFView（后处理模块，主要用于显示计算得到的流场的详细情况）、Monitor （求解过程监视器，查看收敛历史，还可用来查找计算最先发散的网格区域）。
当然后还包括其它AutoBlade、Design 2D、Design 3D等。
具体操作例子Tutorial_Compressor_with_Splitter。
1、基本操作2、从这个例子知道准备叶轮几何文件需要什么信息（hub、shroud以及叶片面）。
3、两个方向：流向、径向4、强调AutoGrid4文件保存（保存问题，如原来的文件夹都在D盘，那么如果保存的路径仍在D盘不管哪个路径，写出来的*.geomTurbo内都是调用所需文件的路径名，只有到别的磁盘分区如C保存出来的*.geomTurbo内才会写数据）5、网格文件格式网格文件（AutoGrid5手册P1-3）：*.geomTurbo文件（几何信息）和*.trb文件（网格信息）图1 AutoGrid5网格文件对压气机几何实体进行操作一、几何调整位置，满足相互间匹配关系及符合Numeca软件旋转轴(Z轴)的要求。
（1_Geom文件夹）1、原始的几何文件90compressorbackplate.igs,90compressorhousing.igs,90compressorwheel.igs都保存在1_Geom\OriginalData文件夹中。
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离心压气机内部流场计算规范P56页北京理工大学涡轮增压实验室2008年10月目录1. 项目研究目标 (1)2. 项目研究内容 (1)3．项目研究成果 (1)3.1压气机三维流场数值仿真网格相关性研究 (1)3.1.1 J90压气机叶轮网格相关性分析 (2)3.1.1.1 J90压气机几何及参数 (2)3.1.1.2 数值方法 (2)3.1.1.3 计算网格 (3)3.1.1.4 计算结果 (4)3.1.2 J60 压气机叶轮网格相关性分析 (12)3.1.2.1 J60压气机几何及参数 (12)3.1.2.2 计算方法 (12)3.1.2.3 计算网格 (12)3.1.2.3 计算结果 (15)3.1.3 结论 (20)3.2压气机三维流场数值仿真网格划分技术研究 (21)3.2.1 网格分区及拓扑结构对压气机叶轮流道网格质量的影响 (21)3.2.2 复杂几何结构网格剖分 (29)3.2.2.1 封头结构 (29)3.2.2.2 子午结构与尾缘平齐结构 (32)3.2.3附面层网格剖分的要求 (35)3.2.4 叶轮网格质量的控制及准则 (36)3.2.4.1 叶轮网格质量控制 (36)3.2.4.2 叶轮网格质量判断准则 (43)3.2.5 结论 (45)3.4.2网格块的划分 (48)3.4.3蝶形网格的使用 (49)3.4.4蝶形网格的内部加密 (50)3.4.5网格块之间的连接 (51)3.5压气机三维流场仿真计算区域的选择研究 (53)3.5.1 J90增压器实验测试说明 (53)3.5.2 J90 压气机几何说明 (54)3.5.3 J90压气机计算进口边界条件的给定 (54)3.5.4 J90压气机单叶轮计算 (55)3.5.5 J90压气机级计算 (56)3.5.6 J90压气机级及出口管道计算 (57)3.5.7 结论 (59)3.6压气机三维流场仿真计算边界条件的给定研究 (59)3.6.1 进口条件 (59)3.6.2 出口条件 (62)3.6.3 结论 (64)3.7湍流模型的选择研究 (65)3.7.1 计算收敛性 (68)3.7.2 计算时间 (70)3.7.3 计算精度 (71)3.7.4 结论 (72)3.8离心压气机发生数值失速的计算判定准则研究 (73)3.8.1 压气机失速特性 (73)3.8.2数值失速时计算收敛特性 (75)3.8.3数值失速点的捕捉 (76)3.8.4 结论 (76)3.9压气机堵塞、喘振流量的模拟计算方法 (77)3.10压气机三维流场计算判别准则研究 (78)1. 项目研究目标开展涡轮增压器压气机三维流场计算仿真技术的研究，形成压气机仿真设计体系；同时对涡轮增压器压气机气动性能试验进行研究，形成压气机气动性能试验规范。
专利名称：一种压气机特性修正方法
专利类型：发明专利
发明人：陈雷,赵清伟,孟德君,史文斌,杨琳申请号：CN202011418692.3
申请日：20201207
公开号：CN112576536A
公开日：
20210330
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：一种压气机特性修正方法，包括：设定压气机目标转速n；确定与n临近的多个压气机目标临近转速n1；对每个n1，确定多个与其临近的压气机部件试验转速n11；对每个n1，对相应的n11下的压气机部件试验特性进行转速插值计算，得到相应的压气机部件试验特性char11；对每个n1，确定与其临近的多个压气机整机转速n11’；对每个n1，对相应的n11’下的压气机整机特性进行转速插值计算，得到相应的压气机整机特性char11’；对每个n1，比较相应char11、char11’，得到相应的压气机部件试验特性修正量cor11；对每个n1，基于相应的cor11，对压气机部件试验特性进行修正，得到压气机部件试验修正特性char1；对各个n1相应的char1，进行转速差值计算，得到n下的压气机特性char。
申请人：中国航发沈阳发动机研究所
地址：110015 辽宁省沈阳市沈河区万莲路1号
国籍：CN
代理机构：北京航信高科知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：郭鹏鹏
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航空发动机设计中的优化方法航空发动机是飞机的心脏，是保证飞行安全和稳定的关键部件。
随着科技的不断发展，航空发动机的设计也在逐渐优化。
本文将结合实际案例和专业知识，探讨航空发动机设计中的优化方法。
一、叶轮设计优化叶轮是航空发动机中最关键的部件之一，其性能与发动机整体性能密切相关。
传统的叶轮设计建立在经验模型和试错实验的基础上，效率较低。
近年来，随着计算机技术和数值模拟方法的发展，叶轮设计逐渐从经验猜测向科学化、数字化方向转变。
首先，应细分叶片设计的每个环节，从叶片前缘、后缘以及各部位压力分布等方面进行优化设计。
比如，在叶片前缘设计中，采用先进的球囊形叶轮方法可以有效减少气动噪声和振动。
在后缘设计中，通过加装多孔阻尼材料可有效消除叶轮旁通噪声。
其次，叶轮气动性能的优化需要借助数值模拟和试验验证相结合的方法。
数值模拟可以利用计算流体力学（CFD）等工具对叶轮流场进行分析和预测，优化叶轮的形状和结构，以提高叶轮效率和燃烧效果。
试验验证则可以验证数值模拟的准确性和实现反馈调整，进一步提高叶轮的效率和可靠性。
二、燃烧室设计优化燃烧室是航空发动机中最重要的部件之一，同时也是最复杂的部件之一。
它的设计对发动机整体性能影响非常大。
在传统的燃烧室设计中，通过实验和试错的方式进行优化，效率较低。
而在现代设计中，可以结合数值模拟和试验验证，实现燃烧室设计的数字化和科学化。
首先，需要对燃烧室燃烧的过程进行深入的研究和分析。
基于模拟软件对燃烧室中的燃烧和流场建立数学模型，分析燃烧室中的混合、燃烧和传热等过程。
建立了燃烧室数学模型后，使用数学优化算法，对燃油喷嘴、混合器、透气板和燃烧室壁面等局部进行优化设计。
这样才能有效降低燃油的消耗，减少废气的排放，提高燃烧效率。
其次，燃烧室中的气体流动和燃烧过程具有很高的非线性和不确定性。
在进行数值模拟时，需要对实际条件进行模拟和调整，以准确反映燃烧室的流动和燃烧过程。
同时，还需要将数值模拟和实际试验相结合，对模拟结果进行验证和优化调整，以提高燃烧室的效率和可靠性。
