基于Design3D的汽轮机低压静叶三维气动优化设计
王喜华;范小平;孙奇;钟刚云;贺伟
【期刊名称】《东方汽轮机》
【年(卷),期】2012(000)001
【摘要】文章基于商业软件NUMECA的全三维优化设计平台Design3D,采用三维N-S方程流场计算、网格自动生成、三维叶片参数化造型与遗传算法寻优相结合的方法,在级环境下对600MW汽轮机静叶进行了三维叶片型线优化设计.优化目标是在流量基本不变的情况下尽可能地提高级轮周效率.优化设计后的叶片与原叶片相比,透平级的总-总效率提高了0.32％,级的轮周效率提高了0.39％.详细的流场分析表明,优化后叶片性能的提高主要是源于静叶总压损失的减小和透平级动静叶之间匹配的改善.
【总页数】7页(P46-52)
【作者】王喜华;范小平;孙奇;钟刚云;贺伟
【作者单位】东方汽轮机有限公司,四川德阳,618000;东方汽轮机有限公司,四川德阳,618000;东方汽轮机有限公司,四川德阳,618000;东方汽轮机有限公司,四川德阳,618000;东方汽轮机有限公司,四川德阳,618000
【正文语种】中文
【相关文献】
1.600 MW汽轮机低压缸静叶损伤的焊接修复 [J], 陈国;张学勤
2.ZG1Cr12Mo材料在国产350 MW汽轮机低压末三级静叶上的应用 [J], 陈才聪
3.汽轮机低压缸隔板静叶损伤原因分析及处理 [J], 赵世军
4.基于Design3D的汽轮机低压静叶三维气动优化设计 [J], 王喜华;范小平;孙奇
5.300MW汽轮机低压缸末级通流设计方法及弯扭静叶改型设计的研究 [J], 刘凤君;王仲奇;冯国泰
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基于气动外形优化和主动流动控制的减阻技术李立; 刘峰博; 梁益华【期刊名称】《《航空科学技术》》【年(卷),期】2019(030)009【总页数】8页(P1-8)【关键词】湍流减阻; 主动流动控制; 外形优化; 空气动力学; CFD【作者】李立; 刘峰博; 梁益华【作者单位】航空工业西安航空计算技术研究所陕西西安 710068【正文语种】中文【中图分类】V211.3现代民用飞机设计取得成功的一个关键是在设计过程中引入数值计算（即CFD）的相关方法和工具。
正如陈迎春总师指出，正是由于在C919飞机气动设计过程通过将先进CFD、优化设计和试验验证等技术无缝结合，才有力保障了“设计具有较强竞争力的先进民用飞机”这一目标的实现[1]。
对大型民用飞机来说，研制更安全、更经济、更环保、更舒适的飞机是民用飞机研制永远追求的发展主题和目标。
而减阻即是实现上述目标的最主要方面。
按照飞机阻力构成，阻力主要分为压差阻力和摩擦阻力，其中，摩擦阻力占到总阻力的50%以上。
因此，瞄准减小摩擦阻力，即使是实现部分目标，也可对飞机的燃油经济性、环保性等指标产生重要影响。
本文论述通过数值手段研究利用气动优化设计和射流非定常控制实现机翼和机身减阻的典型方法及结果，期望工作过程中所发展的方法、流程和工具可为同行提供借鉴和参考。
1 大型民用飞机减阻技术减阻是民用飞机发展的基础科学问题之一。
从人们学会利用空气动力开始，阻力就是飞行器设计中的主要问题。
按照飞机航程估算的Breguet公式[2]，在航程不变的前提下，每增加1个阻力单位（ΔCD = 0.0001）的阻力，则相当于要减少乘客8 人（每位乘客按250lb 体重计算）。
通常大型飞机的阻力系数在0.03 左右，可见即使减小1 个阻力单位的阻力，其效益也非常可观。
减阻也是提高飞机燃油经济性、减小环境污染、提高运营效率的最有效措施。
近年来，为了有效应对全球气候变暖的挑战，各国政府均积极倡导“绿色航空”的发展理念，相继提出国家层面的降噪、减排目标和规划（例如，欧盟在航空愿景2050规划中[3,4]，明确要求达到降低75%的二氧化碳排放和90%的氮化物排放），而要实现这些目标，均与减阻直接相关。
北京航空航天大学硕士学位论文硕士学位论文摘要压气机进口的均匀流动条件是工程设计所期望的，但是当把发动机安装接到飞机上时，在飞行过程中，就不能保证在各种状态下压气机或风扇的进口流场都是均匀的了。
压气机进口畸变带来的直接严重后果是压气机的稳定裕度下降和增压比、效率降低，因而加强进气畸变对压气机性能和稳定性影响的研究就显得非常重要。
本文采用三维欧拉方程加体积力模型的方法，发展了一套三维非定常进气畸变快速数值模拟程序，藉此可以实现风扇/压气机在进气畸变条件下的全环面三维非定常数值模拟。
该方法从物理基本原理出发，能够较好地反映工作于非均匀流场中的压缩系统以及叶片通道内部的非定常三维流动本质。
程序用极小的计算机资源即可以实现对风扇全环面三维非定常畸变流场的模拟。
利用该程序模拟计算了某航空发动机风扇进口稳态总压畸变条件下特性和流场结构，并与试验结果进行了对比，结果表明所能够以较高的精度预估气流畸变对压气机/风扇特性的影响。
另外还计算了稳态总温畸变，动态总压振荡和温度脉冲对该风扇流动结构的影响，计算结果与目前畸变试验和理论研究结论一致，说明该程序可以很好地模拟稳态和动态总温、总压畸变对压气机流动结构和特性的影响。
关键词：风扇/压气机；进气畸变；周向平均体积力模型；三维非定常流摘要AbstractFor the evaluation of stability of aero-engine , a major limiting factor of compressor instability is inlet distortion . Long length scale unsteadiness such as that caused by low order inlet distortion in all aero engine ,have a significant influence in engine performance and stability . The stall margin , pressure ratio and efficiency can be considerably reduced in operating environments for which the inlet conditions are ken-uniform. So, it very important to emphasize the research of effect of compressor performance and stability response to inlet distortion.This paper presents a computational model for describing complex three-dimensional non-linear disturbances associated with inlet distortion of the flow through the full annulus in compressors. The difficulty problem to solve inlet distortion flow field is treat with the flow in ducts and intra-blade-row gaps which is described by the three-dimensional unsteady Euler equations for mass, momentum, and energy conservation with source terms of body force. Small structures of blade row passage scale of flow passing through the filter will be simulated via body force models. Large scales above a certain threshold are directly calculated from the governing equations of the flow. Adequate numerically simulation of these phenomena by suing this computational model only requires smaller computer resources than current three-dimensional CFD of Navier-Stokes equation with appropriate turbulence models, they will be in the reach of the designer wishing to perform such calculations on a routine basis.In this paper, our computational results of compressor response to total pressure inlet distortions have been verified experimentally at a wider range of different operation speed of a fan rotor. The predictions of the model for mass flow, pressure ratio and efficiency of this fan in operating environments of inlet total pressure distortions are in agreement with experimental data. In addition, this model some predictions of performance response and flow structure to inlet temperature distortions, inlet pulsant total pressure and inlet temperature pulse. The model predictions satisfy current empirical, numerical or analytical sources. These represent a advantage in the predictions of the inlet distortions.Keywords: fan/compressor, inlet distortions, circumferential average body force model, three-dimensional unsteady flow北京航空航天大学硕士学位论文目录第一章绪论 (1)1.1 选题意义 (1)1.2 课题背景 (2)1.3 本文工作内容 (8)第二章压缩系统的建模 (10)2.1 管道中的流动 (10)2.2 叶片排中的流动 (10)第三章三维非定常欧拉方程求解器……………………………………………………………… .123.1 网格生成 (12)3.2 基本方程 (12)3.3 计算格式 (13)3.4 程序的流程图 (14)第四章叶片通道周向平均体积力模型建立 (18)4.1 周向平均体积力模型原理 (18)4.2 叶片力的分解 (19)4.3 叶片对气流切向摩擦力的模化 (19)4.4 叶片对气流法向压力的模化 (21)4.5 堵塞判断 (23)4.6 落后角计算 (25)第五章进气畸变条件下风扇定常与非定常流场数值模拟 (26)5.1 算例风扇转子的主要气动参数 (26)5.2 计算网格 (26)5.3 均匀进气条件下数值模拟 (27)5.4 稳态进气畸变条件下模拟计算 (31)5.4.1 稳态压力畸变 (31)5.4.1.1 给定进口畸变场 (31)5.4.1.2 计算结果与试验结果对比 (32)5.4.1.3 进口总压畸变流场流动结构分析 (33)5.4.1.4 风扇转静子在进口总压畸变条件下流场数值模拟计算 (35)5.4.1.5 利用扩散因子进行稳定性预估的初步研究 (36)目录5.4.2 稳态总温畸变 (37)5.5 动态进气畸变条件下模拟计算 (40)5.5.1 进口周期压力振荡 (40)5.5.2 进口温度快速瞬变 (42)5.6 结论 (45)研究总结与展望 (47)参考文献 (49)攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果 (51)致谢 (52)北京航空航天大学硕士学位论文第一章绪论1.1 选题意义压气机进口的均匀流动条件是工程设计所希望的，当压气机装在压气机试验台上进行试验时，试验台的进气装置保证了压气机进口流场的均匀性，当发动机在地面试车台上试车时，气流经过工艺进气道而流入发动机的压气机，这时压气机的进口流场也是相当均匀的。
