壓氣機(jī)葉型反問題設(shè)計(jì)技術(shù)研究.pdf

1、葉輪機(jī)械葉片設(shè)計(jì)中通常采用的方法有正問題設(shè)計(jì)方法和反問題設(shè)計(jì)方法。正問題設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)人員通過分析設(shè)計(jì)要求，選擇性能相近的葉型作為初始葉型，通過CFD或試驗(yàn)方法分析初始葉型氣動(dòng)性能，如果其不滿足設(shè)計(jì)要求，則根據(jù)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)或給定的優(yōu)化準(zhǔn)則反復(fù)修改葉型，直到其達(dá)到要求。正問題方法具有過程簡單、易于實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)，但設(shè)計(jì)過程要耗費(fèi)大量時(shí)間和成本。反問題設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員根據(jù)設(shè)計(jì)要求給出流場中某些氣動(dòng)參數(shù)，通過氣動(dòng)參數(shù)與幾何造型間的物理關(guān)系得到實(shí)現(xiàn)該流動(dòng)特

2、征的葉型。因此反問題設(shè)計(jì)的優(yōu)勢在于設(shè)計(jì)效率較高、對設(shè)計(jì)人員經(jīng)驗(yàn)依賴較少。本文在馮卡門流體研究所（VKI）相關(guān)研究的基礎(chǔ)上開展了葉片反問題設(shè)計(jì)方法的研究。全文研究內(nèi)容主要包括以下幾個(gè)方面：
　?。?）構(gòu)建了葉型無粘反問題設(shè)計(jì)流程，對其中的關(guān)鍵技術(shù)——基于特征變量邊界理論的滲透邊界、葉型修正技術(shù)進(jìn)行了原理分析，并在課題組自主開發(fā)的計(jì)算流體力學(xué)軟件NAPA中完成了滲透邊界、葉型修正模塊等無粘反問題設(shè)計(jì)組成部分的程序?qū)崿F(xiàn)，從而實(shí)現(xiàn)了葉型反

3、問題設(shè)計(jì)。
　　（2）對以下3類9個(gè)具有不同流動(dòng)特點(diǎn)的管道及葉柵算例進(jìn)行了反問題設(shè)計(jì)：1）無轉(zhuǎn)折的曲壁面通道，如bump管道，二維拉瓦爾噴管；2）模擬單葉柵通道流動(dòng)的轉(zhuǎn)彎擴(kuò)張通道；3）雙圓弧葉型構(gòu)成的平面葉柵。分別在氣流無轉(zhuǎn)折及氣流發(fā)生轉(zhuǎn)折的亞聲速流動(dòng)、存在激波的跨聲速流動(dòng)中逐步驗(yàn)證該無粘反問題設(shè)計(jì)方法的準(zhǔn)確性。
　　（3）針對反問題設(shè)計(jì)方法實(shí)際使用時(shí)可能出現(xiàn)的目標(biāo)流動(dòng)與初始流動(dòng)的流場結(jié)構(gòu)間存在較大差異的情況，改進(jìn)了滲透邊界

4、的處理方法，并在消除葉柵流動(dòng)中槽道激波的反問題設(shè)計(jì)算例中進(jìn)行了驗(yàn)證。
　?。?）把無粘反問題設(shè)計(jì)方法推廣到粘性流動(dòng)中，構(gòu)建了葉型粘性反問題設(shè)計(jì)流程。在雙圓弧葉型的亞聲速流動(dòng)中進(jìn)行了粘性反問題設(shè)計(jì)的驗(yàn)證。改進(jìn)了粘性反問題設(shè)計(jì)過程中無粘目標(biāo)壓力分布的預(yù)估方法，使之適用于存在激波的流動(dòng)，并在存在激波的葉柵流動(dòng)中進(jìn)行了驗(yàn)證。
　?。?）針對NASALewis研究中心設(shè)計(jì)的一款兩級風(fēng)扇的第二級轉(zhuǎn)子葉片葉中截面的葉型，應(yīng)用本文構(gòu)建的反問