本文關(guān)鍵詞：跨音速壓氣機(jī)優(yōu)化及高負(fù)荷壓氣機(jī)改型設(shè)計(jì)

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【摘要】：現(xiàn)代壓氣機(jī)不斷向大流量、高負(fù)荷、高效率的方向發(fā)展,傳統(tǒng)葉片葉型設(shè)計(jì)方法已不能滿足高性能壓氣機(jī)發(fā)展的需要,這促使人們?nèi)パ芯亢烷_發(fā)新的葉型設(shè)計(jì)技術(shù)和優(yōu)化手段,以適應(yīng)高性能葉輪機(jī)械發(fā)展的要求。本文以某雙級跨音壓氣機(jī)為研究對象,以提高其等熵效率和擴(kuò)大穩(wěn)定工作范圍為目標(biāo),選用合適的參數(shù)化方法,結(jié)合人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和遺傳算法,級環(huán)境下對該壓氣機(jī)進(jìn)行多目標(biāo)氣動(dòng)優(yōu)化。針對內(nèi)部復(fù)雜流動(dòng)狀況,制定合適的優(yōu)化策略:端區(qū)一體化優(yōu)化,葉型優(yōu)化和積疊線優(yōu)化;并在完成優(yōu)化設(shè)計(jì)工作之后,對三種不同的優(yōu)化設(shè)計(jì)手段進(jìn)行性能提升貢獻(xiàn)的核算,并著重分析了提高跨音級壓氣機(jī)氣動(dòng)性能的關(guān)鍵因素,為今后的跨音速優(yōu)化設(shè)計(jì)工作提供參考。本文在原有雙級壓氣機(jī)的基礎(chǔ)上,進(jìn)行增壓改型設(shè)計(jì)探索:幾何參數(shù)保證進(jìn)口半徑和輪轂線不變,流量不變的情況下單級實(shí)現(xiàn)原有雙級壓氣機(jī)的壓比,以期大大縮小軸向尺寸。設(shè)計(jì)過程中選用當(dāng)代壓氣機(jī)的許多新設(shè)計(jì)理論和新設(shè)計(jì)概念進(jìn)行了探討和設(shè)計(jì)嘗試,包括低展弦比、低反力度設(shè)計(jì)、流道收縮設(shè)計(jì)、預(yù)壓縮設(shè)計(jì)等思路,并采用串列靜子技術(shù)保證大的靜子彎度情況下依然能實(shí)現(xiàn)高效的流動(dòng)。初步建立“充分利用二維設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn),以三維數(shù)值模擬為基礎(chǔ)進(jìn)行優(yōu)化”的新的氣動(dòng)設(shè)計(jì)體系,成功完成改型設(shè)計(jì)工作,在未使用流動(dòng)控制的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了2.4的總壓比和85%的等熵效率。針對本文自行設(shè)計(jì)的單級高負(fù)荷壓氣機(jī),對設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速下深入分析流動(dòng)細(xì)節(jié)。轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)較為合理,尖部負(fù)荷水平較高,原因是主要增壓形式是激波增壓;最大效率點(diǎn)在機(jī)匣和端部葉型的共同作用下,尖部泄漏流動(dòng)得到了很好的控制,葉尖流動(dòng)損失并不嚴(yán)重;近失速點(diǎn)泄漏流動(dòng)惡劣,引起發(fā)動(dòng)機(jī)的“突尖波型失速”現(xiàn)象。前排靜子葉片的落后角確定了后排葉片的進(jìn)口氣流角,在前排葉片分離嚴(yán)重的情況下,前排葉片的尾跡在后排葉片通道中堆積,流道堵塞減弱了后排通道中氣流面層分離的發(fā)生,后排葉片工作狀態(tài)稍有改善,后排葉片尾跡反而減薄。
【關(guān)鍵詞】：氣動(dòng)優(yōu)化 性能提升貢獻(xiàn) 高負(fù)荷設(shè)計(jì) 串列靜子 流場結(jié)構(gòu)分析
【學(xué)位授予單位】：西北工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：V233
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第一章 緒論9-19
• 1.1 本文研究的背景及意義9-11
• 1.1.1 航空葉輪機(jī)的發(fā)展概況9-11
• 1.1.2 葉片優(yōu)化設(shè)計(jì)的意義11
• 1.2 國內(nèi)外相關(guān)研究的現(xiàn)狀11-17
• 1.2.1 葉片設(shè)計(jì)的發(fā)展11-12
• 1.2.2 高負(fù)荷壓氣機(jī)設(shè)計(jì)12-15
• 1.2.2.1 高負(fù)荷壓氣機(jī)設(shè)計(jì)的發(fā)展12-15
• 1.2.2.2 三維空間氣動(dòng)造型15
• 1.2.3 葉片優(yōu)化設(shè)計(jì)的發(fā)展現(xiàn)狀15-17
• 1.3 本文的研究目的及主要工作17-19
• 第二章 優(yōu)化系統(tǒng)19-35
• 2.1 參數(shù)化方法19-27
• 2.1.1 Bezier曲線20-21
• 2.1.2 B樣條21-22
• 2.1.3 葉片參數(shù)化造型方法22-27
• 2.1.3.1 流面的定義和子午流道輪廓定義22-23
• 2.1.3.2 二維葉型中弧線定義23-24
• 2.1.3.3 二維基元級吸壓力面型線的生成及控制24
• 2.1.3.4 三維葉片積疊線的NURBS描述24-25
• 2.1.3.5 參數(shù)化前后葉型對比25-27
• 2.2 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)27-29
• 2.2.1 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)概述27-28
• 2.2.2 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)28-29
• 2.3 優(yōu)化算法29-31
• 2.3.1 遺傳算法的基本原理29
• 2.3.2 基本遺傳算法的參數(shù)及運(yùn)行流程29-31
• 2.3.3 問題約束條件的處理31
• 2.4 優(yōu)化系統(tǒng)31-32
• 2.5 本章小結(jié)32-35
• 第三章 級環(huán)境下跨音速壓氣機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)35-59
• 3.1 研究對象和數(shù)值模擬35-37
• 3.1.1 研究對象35-36
• 3.1.2 計(jì)算網(wǎng)格和數(shù)值模擬方法36-37
• 3.2 優(yōu)化策略的制定37-41
• 3.2.1 優(yōu)化策略37-40
• 3.2.2 參數(shù)化數(shù)目和目標(biāo)函數(shù)40-41
• 3.3 優(yōu)化結(jié)果對比分析41-43
• 3.3.1 優(yōu)化結(jié)果41-42
• 3.3.2 優(yōu)化前后葉型對比42-43
• 3.4 優(yōu)化前后流場對比分析43-56
• 3.4.1 流場結(jié)構(gòu)總體對比43-47
• 3.4.1.1 優(yōu)化前后S2流面熵等值線云圖43-44
• 3.4.1.2 S1流面相對馬赫數(shù)云圖44-46
• 3.4.1.3 吸力面極限流線46-47
• 3.4.2 第一排轉(zhuǎn)子優(yōu)化前后流動(dòng)細(xì)節(jié)分析47-51
• 3.4.3 第二排靜子優(yōu)化前后流動(dòng)細(xì)節(jié)分析51-52
• 3.4.4 第二排轉(zhuǎn)子優(yōu)化前后流動(dòng)細(xì)節(jié)分析52-55
• 3.4.5 第二排靜子優(yōu)化前后流動(dòng)細(xì)節(jié)分析55-56
• 3.5 三種優(yōu)化策略對性能提升的貢獻(xiàn)核算及敏感性分析56-57
• 3.6 本章小結(jié)57-59
• 第四章 跨音速壓氣機(jī)高負(fù)荷改型設(shè)計(jì)59-73
• 4.1 設(shè)計(jì)指標(biāo)59-60
• 4.2 設(shè)計(jì)思想60-63
• 4.2.1 低展弦比和低反力度設(shè)計(jì)思想60-61
• 4.2.2 收縮流道設(shè)計(jì)思想61-62
• 4.2.3 轉(zhuǎn)子尖部設(shè)計(jì)原則62
• 4.2.4 串列靜子設(shè)計(jì)思想62-63
• 4.3 設(shè)計(jì)流程63-67
• 4.3.1 轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)64-65
• 4.3.2 靜子設(shè)計(jì)65-67
• 4.4 設(shè)計(jì)結(jié)果的三維校核67-72
• 4.5 設(shè)計(jì)結(jié)果分析72
• 4.6 本章小結(jié)72-73
• 第五章 高負(fù)荷壓氣機(jī)流動(dòng)結(jié)構(gòu)分析73-83
• 5.1 轉(zhuǎn)子73-75
• 5.1.1 轉(zhuǎn)子靜壓沿軸向分布73-74
• 5.1.2 轉(zhuǎn)子間隙泄漏流動(dòng)分析74-75
• 5.2 串列靜子75-80
• 5.2.1 靜子靜壓沿軸向分布75-77
• 5.2.2 串列靜子吸力面極限流線圖77-78
• 5.2.3 S3流面熵云圖分布78-79
• 5.2.4 前排靜子尾跡簡要分析79-80
• 5.3 本章小結(jié)80-83
• 第六章 總結(jié)與展望83-87
• 6.1 研究總結(jié)83-84
• 6.2 研究工作展望84-87
• 致謝87-89
• 參考文獻(xiàn)89-97
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文和參加科研情況97
• 攻讀碩士期間獲獎(jiǎng)情況97-98

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本文編號：731848