考慮轉捩影響的地面重型燃氣輪機壓氣機葉型優(yōu)化設計.pdf

1、隨著數(shù)值模擬技術的不斷成熟，基于優(yōu)化理論的氣動設計方法逐漸興起并吸引了眾多學者進行研究與應用。本文的工作就是從這一方面著手，將優(yōu)化理論引入到地面重型燃氣輪機壓氣機葉型設計中，建立可用于地面重型燃氣輪機壓氣機的二維氣動優(yōu)化設計體系。在葉輪機械中，轉捩過程受到來流湍流度、來流馬赫數(shù)、壓力梯度及其它諸多因素的影響。本文中，優(yōu)化設計考慮到地面重型燃氣輪機壓氣機入口氣體在較高雷諾數(shù)及較高湍流度下流動轉捩帶來的影響。
　　本文首先對某地面重型

2、燃氣輪機壓氣機的末級靜葉中徑葉型進行參數(shù)化。葉片參數(shù)化造型方法有很多種，本文采用的“中弧線貼厚度分布法”的參數(shù)化造型方法。是在已有方法的基礎上改進得到的一種新的葉片參數(shù)化造型方法，適用于亞音速壓氣機葉片的參數(shù)化優(yōu)化設計。
　　建立具有自動優(yōu)化設計能力的平臺。該平臺由自主開發(fā)的二維葉型生成程序、網格生成軟件GAMBIT、流場計算分析軟件CFX以及自主開發(fā)的優(yōu)化模塊組成。整個過程可以靠計算機自動完成，省去了手動調節(jié)浪費時間的弊端，優(yōu)化

3、的葉型范圍更加寬廣。
　　以某地面重型燃氣輪機壓氣機末級靜葉中徑葉型為優(yōu)化對象，以總壓損失系數(shù)為目標函數(shù)，流場分析中考慮轉捩情況，利用iSIGHT優(yōu)化器進行優(yōu)化計算。優(yōu)化后，葉型氣動性能有較明顯改善。設計工況下葉型總壓損失系數(shù)較原型下降了3.63％，氣流折轉角增大了1.44%，靜壓比升高了0.11%，擴壓因子增大了1.04%。比較分析發(fā)現(xiàn)優(yōu)化葉型通過減小吸力面的逆壓梯度抑制附面層的發(fā)展來減小葉型尾跡，降低尾跡損失，總壓損失系數(shù)下降

4、。同時因為氣流轉折角增大，靜壓比升高，擴壓因子增大，從而使優(yōu)化葉型性能高于原型。在非設計工況條件下，較低馬赫數(shù)時，優(yōu)化葉型的低損失工作范圍較大，較高馬赫數(shù)時，優(yōu)化葉型的低損失工作范圍較小。
　　將優(yōu)化出的葉型在保證弦長、最大厚度、最大厚度相對位置、前緣半徑、安裝節(jié)距、安裝角、前緣角、后緣角、控制葉型中弧線形狀的無量綱參數(shù)不變的前提下，應用到原始葉片各截面葉型上生成新的優(yōu)化葉型。將各截面上新的優(yōu)化葉型按照原始葉片的積疊方式生成優(yōu)化葉