涡轮叶栅叶型的数字化设计

涡轮冷却叶片参数化造型与网格自动生成岳孟赫;刘勇;刘闯;赵璐【摘要】为提高涡轮叶片的数值计算效率,开发出基于参数控制的涡轮叶片模型软件.可实现叶片模型重构、计算域分区、结构化网格生成过程的自动完成和参数化控制,使得叶片的造型和网格生成过程简单化;对生成网格进行数值模拟计算,计算结果表明:生成网格在满足叶片数值计算精度的前提下,工作量大大减少,网格生成效率极大提高;在模型调整时,只需更改相应参数即可快速更新模型,缩短模型的生成周期,提高设计工作的可重用性.%In order to improve numerical efficiency of turbine blade computation, the model software of turbine blade based on parameter control was developed, the software can achieve the function of the modeling, the division of computational domain and the structured grid generation automatically, which will simplify the blade design greatly. The mesh file that is generated automatically can be applied to numerical simulation. The result shows that the software can reduce labor operation without any loss in the precision of blade numerical computation which improves the grid-generation efficiency greatly. The model can be rebuilt quickly only by changing the corresponding parameters, which can shorten the blade design period and increase reutilization of blade design.【期刊名称】《航空发动机》【年(卷),期】2017(043)006【总页数】6页(P15-20)【关键词】涡轮冷却叶片;参数化建模;计算流体力学;网格生成【作者】岳孟赫;刘勇;刘闯;赵璐【作者单位】南京航空航天大学能源与动力学院,南京210016;南京航空航天大学能源与动力学院,南京210016;南京航空航天大学能源与动力学院,南京210016;南京航空航天大学能源与动力学院,南京210016【正文语种】中文【中图分类】V232.40 引言一般而言，复合冷却涡轮叶片的冷却结构包括直通道（小曲率通道）、折转通道、带扰流肋/扰流柱通道、冲击冷却结构和气膜冷却结构等。

基于参数敏感性的涡轮平面叶栅多目标优化设计赖巍;李剑白;张剑【摘要】涡轮叶片平面叶栅优化方法借鉴已有研究成果，综合考虑了造型方法、性能评估方法、优化方法三个关键环节，在iSIGHT平台下完成了叶栅优化过程集成，建立了适合工程应用的涡轮叶栅多目标优化设计系统。

以高压涡轮导叶中截面为例，从参数敏感性、反设计及多目标优化三个方面，对优化方法进行了较为深入的分析。

结果表明，该方法可快速有效地优化涡轮叶栅流场和性能。

%Based on the existing research results, a new turbine cascade optimization method was devel⁃oped, which was synthesized with the three key points: the cascade geometry design, performance assess⁃ment and optimization method. The integration of the optimization process was achieved in the iSIGHT plat⁃form. A multi-objective optimization design system of turbine cascade was established, which was suitable for the engineering application. Taking the middle section of a high pressure turbine cascade as an example, the further analysis was made in three ways: the parameter susceptibilities the inverse design of cascade and multi-objective optimization. The results indicate that the new method is able to optimize the flow field and performance of cascade quickly and efficiently.【期刊名称】《燃气涡轮试验与研究》【年(卷),期】2015(000)001【总页数】6页(P54-59)【关键词】涡轮叶片;参数敏感性;反设计;多目标优化;优化算法;工程应用【作者】赖巍;李剑白;张剑【作者单位】中国燃气涡轮研究院，四川成都610500;中国燃气涡轮研究院，四川成都610500;中国燃气涡轮研究院，四川成都610500【正文语种】中文【中图分类】V231.3传统的涡轮叶片平面叶栅设计，首先根据初始叶片进行流场计算，分析计算结果，然后按照经验修改叶型设计参数，不断重复该过程，直至得到满意叶型，故其设计周期长、工作量大。

航空发动机精锻叶片数字化数控加工技术随着航空业的发展，航空发动机的性能要求也越来越高，发动机的叶片作为航空发动机的核心部件之一，其生产制造技术也在不断的升级完善。

数字化数控加工技术在航空发动机精锻叶片的制造中发挥着重要作用，为了满足高性能、高可靠性和高效率的要求，航空发动机精锻叶片制造技术必须不断创新，数字化数控加工技术的应用为航空发动机的性能提升和制造质量保障提供了有力支持。

航空发动机精锻叶片的特点航空发动机精锻叶片是一种高强度、高温、高压的零件，其制造过程要求十分严格。

航空发动机叶片的组成结构复杂，叶片的形状和曲线也十分复杂，加工难度大，制造工艺要求高，需要具备精密加工能力和高精度的加工设备。

为了满足叶片的高性能和高可靠性要求，叶片的材料通常采用高温合金钢、镍基合金等高强度材料，这些材料不仅具有较高的强度和硬度，而且还具有良好的耐热性和耐腐蚀性，满足航空发动机在高温、高压环境下的工作要求。

叶片的实际工作条件严苛，要求叶片具有较高的动态稳定性和动态强度，因此对叶片的精度和表面质量要求非常高，而数字化数控加工技术正是能够满足这些要求的一种先进技术。

数字化数控加工技术的应用数字化数控加工技术是一种高效、灵活的加工技术，它将数控技术与数字化技术相结合，通过CAD/CAM技术实现产品的数字化设计和加工。

在航空发动机精锻叶片的制造过程中，数字化数控加工技术可以实现叶片的高精度加工和复杂曲线加工，大大提高了叶片的加工效率和加工精度。

数字化数控加工技术的应用，首先需要进行叶片的数字化设计，通过CAD软件对叶片进行三维建模和曲面设计，将叶片的设计数据导入CAM软件，生成数控加工程序。

然后通过数控机床进行零件的加工，在加工过程中，可以实现对叶片的多轴联动加工，能够满足叶片复杂曲线的加工需求，保证了叶片的加工精度和表面质量。

数字化数控加工技术的应用不仅提高了叶片的加工精度和表面质量，还可以实现叶片的批量生产和定制加工，提高了叶片的加工效率，降低了加工成本。

涡轮叶片三维模型重构技术研究及应用
涡轮叶片三维模型重构技术是指通过一系列的数据处理和建模方法，将实际涡轮叶片的几何形状转化为数字化的三维模型。

这项技术的研究和应用主要用于以下几个方面：
1. 涡轮设计和优化：三维模型重构技术可以帮助工程师更加准确地了解涡轮叶片的几何形状和流动特性，从而在设计和优化过程中提供参考。

通过模拟和分析不同形状和尺寸的叶片，可以找到最佳的设计方案，提高涡轮的效率和性能。

2. 故障诊断和维修：当涡轮叶片出现故障或损坏时，三维模型重构技术可以帮助工程师精确地确定问题的位置和程度，并进行修复计划的制定。

通过与设计模型进行比对，可以快速识别出任何形状的变化或缺陷，并采取适当的措施进行修复。

3. 涡轮仿真和性能评估：三维模型重构技术可以为涡轮的流场模拟和性能评估提供准确的几何形状数据。

工程师可以利用这些数据进行流体动力学分析、热传导模拟和疲劳寿命评估等，以便更好地理解涡轮的运行状态和性能，并做出相应的调整和改进。

4. 涡轮制造和材料研究：三维模型重构技术可以为涡轮的制造过程提供准确的几何形状数据。

制造过程中的加工和组装可以根据这些数据进行精确控制，以确保叶片的精度和质量。

同时，三维模型还可以用于材料研究，帮助工程师确定最
合适的材料和工艺参数，以提高涡轮的性能和耐久性。

总之，涡轮叶片三维模型重构技术的研究和应用对于涡轮设计、故障诊断、性能评估和制造等方面都具有重要意义，可以提高涡轮的效率、性能和可靠性。

涡轮机叶片的数字化设计与优化涡轮机是一种将燃料能转换为动力能的设备，其内部包含了旋转机械元件——叶片。

叶片在涡轮机内起到至关重要的作用，其性能与设计质量直接影响涡轮机的工作效率和使用寿命。

因此，如何进行叶片的优化设计，成为涡轮机制造商们面临的重要问题。

随着数字化技术的不断发展，数字化设计已经在涡轮机叶片的设计和优化中得到了广泛应用。

数字化技术是指将物理问题转化为数学问题，并通过计算机模拟得到数学解。

数字化设计的核心就是利用计算机对涡轮机叶片进行建模和仿真，减少错误和试错的机会，以提高叶片的设计质量和工作性能。

目前，数字化设计主要通过三种方式来实现涡轮机叶片的设计与优化。

第一种方式是基于CAD（计算机辅助设计）软件的数字化设计。

CAD软件是一种计算机图形学软件，可以帮助设计师更快捷、更准确地对叶片进行建模，减少人为错误和漏洞。

同时，CAD软件还可以通过模拟分析应力、应变等参数，为设计师提供优化方案和决策支持。

第二种方式是基于CFD（计算流体力学）仿真的数字化设计。

CFD是通过计算机对流动场进行数值模拟的技术，可以为设计师提供叶轮流场、压力、温度等参数的分析结果，为叶片的设计和优化提供指导和支持。

CFD仿真可以在数字化设计的全过程中不断进行，随时调整设计方案和模型参数，直到达到最优方案为止。

第三种方式是基于优化算法的数字化设计。

优化算法是指一类通过计算机对多元函数进行优化的计算方法，可以在给定条件下寻找最优解。

在涡轮机叶片的设计和优化中，优化算法可以通过计算机自动寻找最优设计方案，大大缩短设计时间和误差，提高叶片的设计质量和工作性能。

在数字化设计的基础上，叶片的优化设计也是涡轮机制造商们需要关注的重点。

叶片的优化设计目标是提高槽口周边效率和叶栅通流能力，并满足流体动力学和结构力学的要求。

优化设计中需要考虑的参数主要包括叶片的几何形状、孔型、轮毂轮缘参数、材料种类等。

具体地说，叶片的几何形状是涡轮机叶片设计中的核心问题，它会直接影响到叶片的气动性能和机械性能。

第8卷　第2期航空动力学报Vo l.8No.2 1993年4月Journal of Aerospace Power Apr.1993对转涡轮特有叶型自动设计程序*中国科学院工程热物理研究所 蔡睿贤**　何咏梅北京航空航天大学魏星禄作者曾为国家“七五”攻关课题完成了一套涡轮叶栅自动设计程序[1]。

在给定了叶栅进、出气马赫数,进气角与工质等熵指数后,此程序就能自动选择其它设计参数并计算出良好叶栅。

但它是为常规涡轮叶型而编制的,未包括对转涡轮所特有的进、出气向量均在轴向同一边的叶栅(见图1下半,本文简称为小折转叶栅)[2]。

本文将此自动设计程序推广到对转涡轮,叙述了相应的物理考虑与数学处理,且给出多个算例。

1　对小折转叶栅的特别考虑 上述自动设计程序是用中心流线法解析解编制的。

有关此法可详见文献[3]。

主要的设计自变参量是相对栅距t-(以叶栅轴向宽度为分母),选定(中心)流线形状y m(Z)及其上的拉瓦尔数分布 m(Z)。

对进气角绝对值小于10°的小折转叶栅,仍可沿用原有程序;而当推广应用到进气更偏离轴向的小折转叶栅时,其主要改进如下:相对栅距t-选取公式仍沿用原程序;但为避免t-太大,当进气角 i<-34°时,公式中的 i 即以-34°代入,亦即令t-<1.2。

由于小折转叶栅的安装角较大,弦长比轴向宽度大得更多,为使前、后缘厚度适当,与常规叶栅设计相比,小折转叶栅设计程序中后额线处轴向流密比叶栅远下游处增大的倍值改取较高值(由原来的1.06改为1.095);而且令前、后缘不必修改再迭代的可用相对厚度值范围取较大数,以适应这种叶栅特点及变工况的要求。

为使展开出发的流线更处于流道当中,使展开距离两边差不多远,小折转叶栅设计程序的选定流线由原来的中心流线改为离吸力面为55%流道流量的流线。

对小折转叶栅,展开出发的选定流线解析函数形式改用抛物线与等 ′线[1]的加权组合,以前者为主。

向心涡轮式液力变矩器叶栅系统参数化设计方法研究液力变矩器通过叶栅进行机械能与流体动能间的转换，且叶片是空间扭曲的，故叶栅系统设计是液力变矩器设计最重要也是最困难的部分，其直接决定液力变矩器性能。

本文针对液力变矩器叶栅系统造型及优化开展研究，提出了基于贝塞尔曲线的液力变矩器叶片造型方法，建立了灵活性高、适应性好的叶栅系统设计体系，构建了集几何建模、网格划分、三维粘性流场计算于一体的集成式叶栅优化设计系统，实现了CFD技术、实验设计及智能优化算法的有机结合，提高了叶栅系统的设计水平。

进行了叶栅设计系统的设计参数敏感性研究，建立了敏感设计参数与液力变矩器性能指标间的关系，对提高液力变矩器的性能具有重要意义。

基于液力变矩器叶片形状的几何特点，提出了基于贝塞尔曲线的液力变矩器叶片参数化造型方法，建立了叶片角度、拐点等几何控制参数与Bezier曲线控制点间的数学关系，实现了叶片形状的交互设计；针对空间扭曲叶片无法直接展开的问题，提出了保形映射来进行叶片展开图与叶片三维实体之间的转换，实现了三维不可展扭曲叶片曲线的展开，相比传统多圆柱面投影方法提高了叶片的设计精度；结合单流道稳态CFD计算快速和全流道瞬态CFD计算准确的特点，提出了基于CFD分析的叶栅参数分段优化设计的方法，首先基于单流道稳态计算对叶栅参数进行快速寻优，然后在初步优化结果内利用全流道瞬态计算进行精确特性预测，确定最优叶栅参数，提高了设计精度和速度；分析了叶栅系统参数对液力变矩器性能的影响，确定了敏感设计参数，得到了设计参数对性能的影响规律以及各参数间的交互影响效应，并进行了试验验证；利用叶栅参数化设计体系对扁平液力变矩器叶栅系统进行了优化设计，并进行了样机制造及试验，结果表明，经过优化后液力变矩器峰值效率得到较大提升，由优化前的75.7%提高到86.2%，验证了集成式叶栅设计系统的有效性。

涡轮叶栅损失的实验与数值研究
涡轮叶栅损失是涡轮机械中的一个重要问题，是指在涡轮叶栅中出现的流动损失。

研究涡轮叶栅损失的实验和数值模拟方法对于提高涡轮机械的效率和性能具有重要意义。

本文将结合实验与数值模拟两个方面，深入分析涡轮叶栅损失的研究情况。

风洞实验通过搭建仿真的风洞实验装置，模拟涡轮叶栅的流动场景，测量叶栅表面的静压分布和流速等数据，进而计算出流动损失。

通过改变叶栅的参数，如叶栅间距、厚度等，研究其对涡轮叶栅损失的影响。

涡轮试验台实验是一种更接近实际工况的实验方法。

通过在试验台上安装涡轮叶栅，模拟涡轮机械的运行场景。

通过测量压力传感器上的压力变化，可以得到叶栅的压力分布情况，再根据压力分布计算出流动损失。

雷诺平均N-S方程模型是一种常用的数值模拟方法。

该模型基于雷诺平均的假设，通过求解雷诺平均N-S方程，模拟流场中的流动行为。

通过该模型可以对叶栅流场进行精确的计算和分析。

大涡模拟方法则是一种近年来较为先进的数值模拟方法。

该方法通过划分涡旋尺度，模拟大涡的运动行为，忽略小涡的影响。

通过这种方法可以更加准确地模拟和计算涡轮叶栅的流动行为。

通过实验和数值模拟的研究方法，可以深入分析涡轮叶栅损失的成因和影响因素，并提出相应的改进措施。

比如，通过优化叶栅的设计参数，如叶栅间距、角度等，可以减小流动损失，提高涡轮机械的效率和性能。

此外，也可以通过优化叶栅表面的涡结构，进一步减小流动损失。

总之，涡轮叶栅损失的实验与数值研究可以为涡轮机械的设计和改进提供重要的指导和方法。

通过不断深入研究，涡轮叶栅的效率和性能将得到进一步提高。

涡轮钻具定转子三维叶型的设计方法研究
冯定;邵雪;王鹏;施雷
【期刊名称】《石油机械》
【年(卷),期】2024(52)6
【摘要】为了研究涡轮三维叶型的水力性能,基于等环量法提出了一种涡轮三维叶型的理论造型方法,并推导出了该涡轮三维叶型的特性参数计算方法。

利用ANSYS Fluent对同尺寸下的涡轮三维叶型和二维叶型进行了数值模拟分析其水力特性。

研究结果表明:与二维叶型相比,涡轮三维叶型的压降减小约50%,水力效率提高约5%。

对比了三维叶型涡轮扭矩的理论计算结果与仿真结果,发现它们的误差在10%左右,在实际工程允许范围内。

研究结果可为涡轮三维叶型的设计提供理论依据。

【总页数】6页(P45-50)
【作者】冯定;邵雪;王鹏;施雷
【作者单位】长江大学机械工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TE921
【相关文献】
1.基于奇点分布法的涡轮钻具叶型设计
2.一种涡轮钻具叶片叶型参数化设计方法
3.连续管小尺寸涡轮钻具三维叶栅设计研究
4.ø73 mm小尺寸涡轮钻具叶型设计及
优化5.基于中弧线加厚的涡轮钻具叶型设计
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

高压涡轮工作叶片叶型设计研究
C.B•雷兹尼克1, V.I.亚什尼科夫1, S.A.霍梅列夫1, E丄比卡1 , S.V.叶尔少夫2 ［摘要］摘要：针对高压涡轮工作叶片叶栅型面特征,采用可压燃气黏性流2 维计算方法对高压涡轮工作叶片叶型进行了气动研究，并通过试验验证了优化设计，得到了叶栅气动设计参数。

经与初始叶型对比，优化叶型在各状态下损失持性变化更为平缓，在超临界状态下效率更高，在入2is二1.20状态下的损失减少了2.8%。

该方法缩短了设计时间，并且节省了平面叶栅吹风试验的成本。

【期刊名称】航空发动机
【年(卷)，期】2014(040)004
【总页数】5
【关键词】叶片叶型；叶栅；高压涡轮；计算方法；气动参数；航空发动机
0引言
现代航空发动机制造业的主要趋势是在设计中提高部件气动负荷，进而降低加工、维护成本和提高结构质量，可以在不同程度上减少压气机和涡轮叶片的数量。

高压涡轮可采用跨声速和超声速的导向叶片和工作叶片。

通常,由于气动参数
梯度较大,存在压缩和膨胀激波之间的相互作用，以及附面层和尾迹流动,这种叶栅内的流体具有非常复杂的流动特性。

直接通过试验研究上述特性成本较高,而且很多硏究无法通过试验的方式开展,需要采用一些现代化的数学方法进行研究。

本文运用可靠的数值计算方法进行了叶栅型面特性研究,计算精度可以满足叶。

高压涡轮导向器扇形叶栅试验及改进设计验证朱兰;张剑;卿雄杰【摘要】An experiment of the sector cascades of high pressure turbine nozzle without expected periodici-ty of flow fields brings difficulty to evaluate the aerodynamic performance of guide vane. The simulation re-sults verified this characteristic of nonperiodicity. In order to improve the accuracy of experiment assess-ment, the improved design of the test section was carried out by means of iteration between geometry design and numerical simulation. The experiment results of improved specimen indicate that the periodicity is obvi-ously improved in the sector cascade channels of high pressure turbine guide vane. The experiment results can be used to evaluate the aerodynamic performance of guide vane.%对一高压涡轮导向器扇形叶栅进行试验，发现相邻测试叶片流场的周期性较差，给导向器气动性能试验评估带来极大困难。

对试验件的数值模拟亦给出了相同结果。

为提高试验评估精度，采用几何设计和数值模拟迭代的方法，对试验件进行了改进设计。

基于涡轮叶栅数据库的叶片设计系统开发与应用周山【摘要】The development and application of turbine cascade database support the turbine airfoil design. This paper introduces the methods and applications of developing turbine cascade database which includes design parameters and loss characteristics. It is integrated in the turbine airfoil aerodynamic design software to support the airfoil design with loss characteristics curves calculation in real time. It includes utility func- tions of airfoil design quality evaluation, airfoil design parameter optimization, design parameter selection recommendation etc. The feasibility and convenience of the system have been proved by verification of test data.%涡轮叶栅数据库的建设和应用，可为航空发动机设计体系中的叶片造型设计提供支持。

本文介绍了包含涡轮叶栅设计参数和损失特性的数据库的建设方法及应用，并基于该数据库，开发了叶片设计系统。

该系统能实时计算出损失特性曲线支持造型设计，具有叶型设计质量评测、参数优化及参数选择推荐等实用功能。

对转涡轮特有叶型自动设计程序蔡睿贤;何咏梅;魏星禄【期刊名称】《航空动力学报》【年(卷),期】1993(8)2【摘要】An extremely simple,rapid and universal turbine cascade design program is develope d for contra rotating turbine cascades.With its simplest operating condition,only four data are necessary to be input for obtaining the geometry of a good enough cascade.They are just the input data for designing a cascade-the inlet Mach number and flow angle,the outlet Mach number and the specific heat ratio of working substance.Therefor e,it means that the design can be accomplished without any additiona l human decision.The program is based on the Mean-Stream-Line Method .It is given in detail how to select the independent design functions of this method in programming.This program enables to be operated with a very small computer,even a pocket computer such as the Sharp PC 1500.【总页数】2页(P177-178)【关键词】叶栅;透平;叶型;程序设计【作者】蔡睿贤;何咏梅;魏星禄【作者单位】中国科学院工程热物理研究所;北京航空航天大学【正文语种】中文【中图分类】V232.4【相关文献】1.坐标测量机测量涡轮整体叶片叶型的程序设计 [J], 李占魁;王晓慧2.1＋3／2无导叶对转涡轮设计特点分析 [J], 陈云;胡松岩;王雷3.大扩张通道超声高载荷对转涡轮动叶三维设计方法研究 [J], 方祥军;刘思永;王屏;张维军4.超跨声速无导叶对转涡轮整流型动叶设计 [J], 方祥军;刘思永;王屏5.一种低压无导叶对转涡轮特性分析与设计 [J], 方祥军;刘思永;王屏;张维军因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。