检索结果-内蒙古大学图书馆

推进技术 2017年第7期38卷 1491-1498页

作者：刘昭威吴虎西北工业大学动力与能源学院陕西西安710072

基于一种全新的轴流压气机叶片反问题设计边界条件,发展了一种全新的三维粘性反问题设计方法。该方法以叶片表面静压分布作为输入的气动性能参数,叶片吸、压力面型线为设计对象。全新的反问题边界条件采用壁面边界处黎曼不变量守恒建立... 详细信息

基于一种全新的轴流压气机叶片反问题设计边界条件,发展了一种全新的三维粘性反问题设计方法。该方法以叶片表面静压分布作为输入的气动性能参数,叶片吸、压力面型线为设计对象。全新的反问题边界条件采用壁面边界处黎曼不变量守恒建立起给定的气动参数分布与叶片几何变化量之间的关系。由于计算过程中叶片几何构型不断发生变化,采用动网格技术对计算网格进行更新。为了验证方法的有效性,采用NASA Rotor 37作为算例,进行叶片返回试验,对叶片表面静压分布进行合理修改,通过反问题设计计算,设计出新的叶片几何构型。计算结果显示,反问题设计很好地满足了给定的叶片表面静压分布,正确地反映了设计意图。改型后的叶片吸力面逆压梯度有所降低,气流分离得到抑制,压气机流量、总压比以及效率分别提高了0.7%,2.2%和1.0%,验证了方法的有效性和正确性。

关键词：反问题设计方法轴流压气机反问题边界条件静压分布

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基于反问题设计方法的叶栅激波损失控制

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推进技术 2014年第6期35卷 766-773页

作者：刘昭威吴虎唐晓毅西北工业大学动力与能源学院陕西西安710072

为了降低跨声速叶栅通道中的激波损失,提高叶栅出口的总压恢复系数,以二维粘性反问题设计方法理论为基础,发展了二维叶栅反问题设计方法,通过调整叶片表面沿轴向的载荷分布,在保持叶片总载荷不变的同时,达到降低叶栅槽道中的激波强度,... 详细信息

为了降低跨声速叶栅通道中的激波损失,提高叶栅出口的总压恢复系数,以二维粘性反问题设计方法理论为基础,发展了二维叶栅反问题设计方法,通过调整叶片表面沿轴向的载荷分布,在保持叶片总载荷不变的同时,达到降低叶栅槽道中的激波强度,减少激波损失的目的。为验证方法的正确性,首先运用德国宇航中心L030-4叶栅实验数据与计算结果进行对比,在此基础上对叶片载荷进行分析,并提出了一种叶片表面载荷分布参数化方法,运用该方法修改叶片表面载荷分布后通过反问题设计方法得到新的叶型。结果表明,通过修改叶片表面载荷分布,运用二维反问题设计方法得到的新叶型激波强度明显降低,叶栅出口总压恢复系数以及马赫数较原型均有增加,叶栅气动性能明显提高。

关键词：反问题设计方法激波损失控制载荷分布渗透边界条件

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离心压气机叶片反问题设计方法研究

离心压气机叶片反问题设计方法研究

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作者：孙立南京航空航天大学

学位级别：硕士

反问题设计方法基于叶片几何和流动参数之间的关系,通过给定流动参数分布实现目标造型求解,相比于正问题设计方法,反问题设计方法具有设计方向明确、对设计经验依赖较少、设计周期短等优点。离心压气机内部流动及流场参数分布复杂,由于... 详细信息

反问题设计方法基于叶片几何和流动参数之间的关系,通过给定流动参数分布实现目标造型求解,相比于正问题设计方法,反问题设计方法具有设计方向明确、对设计经验依赖较少、设计周期短等优点。离心压气机内部流动及流场参数分布复杂,由于反问题设计方法实现了对流动参数的控制,应用于离心压气机叶片具有较高设计效率。本文基于冯·卡门研究所提出的轴流叶片反问题设计思路,考虑离心压气机叶片结构特点以及内部强三维流动特征,构建了适用于离心压气机叶片的三维反问题设计方法,并应用于离心压气机转子叶片优化设计,主要研究工作概述如下:1.压气机叶片反问题设计方法关键原理分析与验证从离散相容关系式出发分析了可渗透壁面边界的原理,基于单元体净流通为零的思想分析了流线追踪技术的原理。以离心压气机转子叶片为算例,通过对比相同壁面压力下正问题和反问题计算结果的流场一致性,检验了可渗透壁面边界条件用于离心压气机反问题计算的适用性。2.适用于强三维流动特征的离心压气机转子叶片反问题求解方法研究通过理论与数值计算分析,发现离心压气机转子内滑移效应和展向流动等强三维特征导致近叶片流线会偏离叶片壁面,使得基于冯·卡门研究所提出的无粘流线与叶片重合的方法进行离心叶轮叶片型面反问题求解出现固有偏差。为解决这一问题,本文提出并研究了基于正、反问题计算流场中近壁面流线关系的三维壁面求解方法。3.研究适合于离心压气机叶片结构特点的反问题设计方法以叶片载荷和厚度为给定参数,构建了离心压气机叶片反问题设计流程,实现了叶片几何约束,并通过算例测试验证了该方法的有效性。基于离心压气机转子做功增压原理,将叶片表面压力解耦为折算叶型压力和折算离心压力,提出离心压气机转子叶片载荷的优化应针对体现叶型载荷的折算叶型压力。为便于反问题设计参数的给定,基于Bezier曲线进行了压力分布的参数化,并提出了初步的载荷分布优化原则。4.离心压气机转子叶片反问题优化设计利用本文构建的离心压气机叶片反问题设计方法,对Krain叶轮分别进行无粘、粘性反问题改进设计。相比于初始叶轮,经过无粘反问题设计得到的新叶轮在无粘计算条件下,效率提升0.48%,总压比提升1.05%;在粘性计算条件下,效率提升1.08%,总压比提升0.87%。相比于初始叶轮,经过粘性反问题设计得到的新叶轮在粘性条件下,效率提升1.38%,总压比提升1.05%。

关键词：离心压气机反问题设计方法数值计算三维流动叶型载荷改进设计

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多级轴流压气机反问题级间气动匹配设计方法

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推进技术 2017年第9期38卷 1987-1994页

作者：刘昭威吴虎梁言侯朝山西北工业大学动力与能源学院陕西西安710072

为提高多级轴流压气机气动性能,采用轴流压气机叶片全三维粘性反问题求解方法,对多级轴流压气机反问题级间气动匹配设计方法进行了研究。以压气机级出口旋流角为设计目标,叶片表面载荷分布为设计对象,通过动量矩守恒方程,建立起叶片出... 详细信息

为提高多级轴流压气机气动性能,采用轴流压气机叶片全三维粘性反问题求解方法,对多级轴流压气机反问题级间气动匹配设计方法进行了研究。以压气机级出口旋流角为设计目标,叶片表面载荷分布为设计对象,通过动量矩守恒方程,建立起叶片出口旋流角与叶片表面载荷分布的关系,从而实现计算过程中载荷的自动调整,修正气流在叶片出口旋流角分布。为了让压气机每一级都工作在设计给定的进口条件下,对上游级静子叶片进行反问题改型设计,使得其出口旋流角分布满足设计给定值。为了验证方法的有效性,采用四级高压压气机作为算例,对其初始设计进行反问题匹配改型设计。通过计算,修正了三个级间位置的旋流角分布,改善了下游级进口工作条件。气流在改型后压气机内部流动更加符合设计意图,级与级之间流动匹配更好。与原型相比,总压比和绝热效率分别提高了2.8%和1.3%,验证了方法的有效性。

关键词：气动匹配反问题设计方法多级轴流压气机载荷分布

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跨声速轴流压气机多叶排反问题优化方法

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西北工业大学学报 2016年第1期34卷 118-124页

作者：刘昭威吴虎唐晓毅西北工业大学动力与能源学院陕西西安710072

为提升跨声速压气机的气动性能,以叶轮机械三维黏性反问题设计理论为基础,发展了适用于压气机多叶排三维反问题优化设计方法。描述了压气机多叶排流场计算所采用的数值求解技术,详细推导了反问题优化设计方法和流程。为验证方法的正确性... 详细信息

为提升跨声速压气机的气动性能,以叶轮机械三维黏性反问题设计理论为基础,发展了适用于压气机多叶排三维反问题优化设计方法。描述了压气机多叶排流场计算所采用的数值求解技术,详细推导了反问题优化设计方法和流程。为验证方法的正确性,运用德国宇航中心单级跨声速压气机R030-SUKS/31的实验数据与计算结果进行对比。在对原型叶片表面载荷进行分析的基础上,重新修改叶片表面载荷分布,并通过反问题设计方法计算得到新的叶片几何构型。结果表明,通过修改叶片表面载荷分布,运用反问题设计方法得到的压气机,其进口相对马赫数有所提升,压气机流量和压比分别提高了3.5%和2.0%,气动性能有明显提升,验证了方法的正确性和有效性。

关键词：反问题设计方法载荷分布优化设计跨声速压气机

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基于叶片载荷的涡轮发电机叶片反问题优化设计研究

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农业机械学报 2023年第S02期54卷 192-198页

作者：权辉孙军张晓泽王国震闫保永瓦斯灾害监控与应急技术国家重点实验室重庆400039 兰州理工大学能源与动力工程学院兰州730050 中煤科工集团重庆研究院有限公司重庆400039

针对传统水力设计难以满足井下涡轮发电机的性能要求,提出了一种以叶片载荷为设计变量,输出功率为目标函数的反问题优化设计方法。基于井下涡轮发电机叶片载荷分布规律,采用“三段式”对其进行参数化,依据初始模型叶片载荷分布形式,对N... 详细信息

针对传统水力设计难以满足井下涡轮发电机的性能要求,提出了一种以叶片载荷为设计变量,输出功率为目标函数的反问题优化设计方法。基于井下涡轮发电机叶片载荷分布规律,采用“三段式”对其进行参数化,依据初始模型叶片载荷分布形式,对NC处载荷进行线性增减,每次变化为0.2倍,设计6种不同叶片载荷分布方案,采用反问题方法设计叶轮模型,计算6种方案的输出功率,得出最高输出功率为方案Ⅱ,值为118.867 W,初始模型输出功率为93.2796 W,最低为方案Ⅳ,输出功率为80.77 W;其中方案Ⅱ的前加载点处载荷相较于初始模型增加0.2倍;对叶片载荷进行分析,得出了井下涡轮发电机输出功率随前加载点处载荷先增加后减小。基于叶片载荷与性能之间的关系以及本文所设计的叶片优化模型,经过不断计算迭代得到了适用于井下涡轮发电机高性能的目标叶片载荷分布方案,目标叶片载荷前加载点处的载荷相较于初始模型增加0.28倍;依据该方案进行反问题设计,对目标叶片载荷与模拟载荷进行比较,二者较为接近;经过数值计算得到同等条件下,经过叶片载荷分布反问题设计模型的输出功率为129.8 W,相较于前6种方案中最高输出功率增长10.933 W,提升9.26%;叶片压力最高值的位置处于前加载点附近,前加载点一直处于高压区,证明了基于叶片载荷分布对井下涡轮发电机的反问题优化设计方法和理论的可行性。

关键词：井下涡轮发电机叶片载荷反问题设计方法优化算法数值模拟

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跨声速轴流压气机转子反问题优化方法

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推进技术 2015年第9期36卷 1309-1316页

作者：刘昭威吴虎唐晓毅西北工业大学动力与能源学院陕西西安710072

为降低跨声速压气机叶片通道中的激波损失,提升跨声速压气机的气动性能,以三维粘性反问题设计方法理论为基础,发展了三维反问题设计方法,并对反问题所使用的边界条件进行了改进。在保持叶片总切向载荷不变的同时,通过调整叶片表面沿轴... 详细信息

为降低跨声速压气机叶片通道中的激波损失,提升跨声速压气机的气动性能,以三维粘性反问题设计方法理论为基础,发展了三维反问题设计方法,并对反问题所使用的边界条件进行了改进。在保持叶片总切向载荷不变的同时,通过调整叶片表面沿轴向的载荷分布,达到降低叶片通道内部的激波强度,减少激波损失的目的。为验证方法的正确性,文中运用NASA Rotor 67跨声速压气机转子实验数据与计算结果进行对比,在此基础上对叶片表面载荷进行分析,在修改叶片表面载荷分布后通过反问题设计方法得到新的叶片几何。结果表明,通过修改叶片表面载荷分布,运用反问题设计方法得到的新叶片,其激波强度明显降低,压气机转子出口流量提高了0.5%,效率提高了1.0%。

关键词：反问题设计方法激波损失控制载荷分布反问题边界条件

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改进的反问题边界条件在叶轮机械中的应用

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工程热物理学报 2015年第10期36卷 2132-2136页

作者：刘昭威吴虎唐晓毅西北工业大学动力与能源学院西安710072

为减小气流分离对叶轮机械反问题计算的影响,本文以三维黏性反问题设计方法理论为基础,对反问题所采用的边界条件进行了改进。文中以美国国家航空航天局Rotor 67跨声速转子为算例,进行叶片返回实验,以研究方法的正确性与可靠性,并将该... 详细信息

为减小气流分离对叶轮机械反问题计算的影响,本文以三维黏性反问题设计方法理论为基础,对反问题所采用的边界条件进行了改进。文中以美国国家航空航天局Rotor 67跨声速转子为算例,进行叶片返回实验,以研究方法的正确性与可靠性,并将该计算结果与采用原始发问题边界条件的计算结果进行对比。结果表明,相比原反问题边界条件,改进的反问题边界条件的反问题计算受气流分离影响较小,计算结果满足了给定的气动参数分布,叶片几何与目标几何吻合较好。

关键词：边界条件反问题设计方法叶轮机械

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基于环量分布的混流泵叶轮优化设计及非定常特性研究

基于环量分布的混流泵叶轮优化设计及非定常特性研究

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作者：王梦成江苏大学

学位级别：博士

导叶式混流泵由于其良好的综合性能在工业生产、城市污水处理及大型区域性调水工程中得到了广泛地应用。近年来,随着引江济淮和南水北调工程二期的启动,对混流泵性能也提出了更高的要求,因此,研究混流泵的设计优化具有重要意义。目前,... 详细信息

导叶式混流泵由于其良好的综合性能在工业生产、城市污水处理及大型区域性调水工程中得到了广泛地应用。近年来,随着引江济淮和南水北调工程二期的启动,对混流泵性能也提出了更高的要求,因此,研究混流泵的设计优化具有重要意义。目前,混流泵的设计方法主要有基于几何参数的传统设计和基于水动力参数的反问题设计两大类,且反问题设计方法具有设计参数少、参数与水力性能联系更紧密及更易获得创新性解等优点。目前基于反问题设计的混流泵优化研究较少,且在现有的研究中,为便于叶轮扬程控制,叶轮出口环量也大多被设定为恒定分布。由反问题设计理论及相关研究可知,叶轮出口环量分布对混流泵性能具有较大影响,因此,研究环量分布对基于反问题设计的混流泵优化结果的影响具有重要意义。本文在国家重点研发计划“叶片泵多目标水力设计方法及气液两相增压输送关键技术”（2018YFB0606103）和武汉市科技计划“大型调水高效泵装置系统关键技术研发及产业化”（2018060403011350）的资助下,以反问题设计方法为基础,在环量恒定、线性和非线性分布下分别对一比转速为511的导叶式混流泵叶轮进行设计优化,研究了环量分布对优化结果的能量特性、非定常特性、熵产损失特性和叶顶泄漏流特性的影响。本文的主要工作及创新性成果如下:（1）采用抛物线方程对叶轮出口翼展方向环量分布进行描述,以r Vh（轮毂处环量值）和r Vs（轮缘处环量值）作为控制参数,结合连续性方程、能量方程和速度梯度方程的耦合计算,完成了叶轮出口翼展方向环量在恒定、线性和非线性分布下的参数化。基于环量法特点,分析了基于环量法的导叶式混流泵叶轮的优化策略。在此基础上,以r Vh、r Vs和流线方向载荷控制参数为设计参数,以0.8Qdes、1.0Qdes和1.2Qdes工况处效率及1.0Qdes工况处扬程为优化目标,采用L27(313)标准正交表,在上述三种环量分布下分别对同一比转速为511的导叶式混流泵模型进行了参数分析。研究发现:在环量恒定、线性和非线性分布下,各试验设计中扬程的最大差值基本不变;r Vh和r Vs不仅对混流泵性能具有较大影响,其对其它参数与混流泵性能间的响应关系也具有较大影响;在环量非线性分布下,各工况处效率的变化范围及最大值相比于环量恒定及线性分布均有所增加。（2）以正交试验分析结果中的显著性因素为设计参数,以设计工况扬程变化小于3%为约束条件,以0.8Qdes、1.0Qdes和1.2Qdes处加权效率为优化目标,采用试验设计、近似模型和优化算法,在环量恒定、线性和非线性分布下分别对同一混流泵模型进行了参数化优化,并对F0（原始模型）、F1（环量恒定分布优化结果）、F2（环量线性分布优化结果）和F3（环量非线性分布优化结果）的内部流态进行了对比分析。研究发现:环量分布对优化结果的能量特性及流线方向载荷加载方式均具有较大影响,且在优化设计中采用非线性环量分布并给予轮毂处较大的环量值,能够有效提升轮毂附近轴向速度及总压,防止低动量流体的聚集所导致的边界层脱流,从而进一步提升优化效果;相比F1和F2,F3的加权效率分别提升了3.24和1.9个百分点,三者在设计工况处的扬程均满足约束要求。（3）通过搭建试验台对F3的能量特性进行试验测量,验证了优化设计的可靠性;通过对P1（叶轮进口处）、P2（叶轮出口与导叶进口之间）和P3（导叶出口处）所测压力信号的标准差进行分析,研究了不同位置处压力脉动强度随流量的变化趋势;通过对所测压力信号进行快速傅里叶变换,研究了不同位置处不同工况下压力脉动信号的时域及频域特性;通过对所测压力信号进行连续小波变换,研究了不同位置处不同工况下各频域幅值随时间的变化趋势。研究发现:本文所用优化系统是可靠的;P1及P3处压力脉动强度均随流量的增大先减小后增大,P2处压力脉动强度则基本不随流量的变化而变化;P1及P2处主频均为1倍叶频,幅值不随时间的变化而变化,而P3处主频随流量的变化而变化,幅值也随时间的变化快速变化。（4）在试验验证数值模拟准确性的基础上,通过非定常数值模拟对F1、F2和F3内的时均速度、时均压力、脉动速度和脉动压力进行对比分析,研究了环量分布对混流泵优化结果内部非定常特性的影响。研究发现:相比于环量恒定分布,在优化设计中采用环量线性及非线性分布,均有利于优化结果内部脉动速度值的降低,从而减小湍流能量损耗;此外,在优化设计中采用非线性环量分布还能够明显降低优化结果内部的脉动压力值,进而提升混流泵的运行稳定性。（5）基于熵产理论,对F1、F2和F3内的时均熵产、壁面熵产、脉动熵产和总熵产的空间分布特征进行量化与可视化分析,研究了环量分布对混流泵优化结果内部能量损失特性的影响。研究发现:叶轮下游部件内的熵产损失受叶轮出口处流态的影响,且其对混流泵的总熵产损失具有较大贡献,而在优化设计

关键词：导叶式混流泵优化设计反问题设计方法环量分布数值模拟试验

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