軸流式葉輪機械葉型反問題設計研究.pdf

1、現(xiàn)代壓氣機和渦輪對葉型氣動性能的要求日益嚴格，葉型的設計方法通常有兩種，正問題方法和反問題方法。正問題方法簡單，容易操作，但是整個過程耗時較長，比較依賴設計者的經驗。反問題方法優(yōu)勢在于可以較少依賴設計經驗，縮短設計周期。本文發(fā)展了基于求解N-S方程的葉型反問題設計方法，并應用于二維工程實例。本文的主要內容有：
　　改進課題組開發(fā)的正問題程序，以虛擬速度方法為基礎，開發(fā)了反問題計算程序。正問題基于求解N-S方程，無粘通量采用Chak

2、ravathy-Osher高精度TVD差分格式，粘性通量采用中心差分格式，時間項采用四階Runge-Kutta顯式方法，為加快收斂速度，采用了當?shù)貢r間步長和殘差光順技術，將正問題程序計算與商業(yè)軟件的計算進行了對比，驗證了程序的精確性。反問題計算基于迭代-修正的方法。計算時給定葉型表面靜壓分布或壓力載荷和周向厚度分布，假設葉型表面網格點存在虛擬速度，根據當前靜壓與目標靜壓之差來修改葉型。編寫了反問題計算程序并進行了葉型的增厚減薄數(shù)值試驗，

3、驗證了反問題計算方法的有效性。然后利用該程序對渦輪和壓氣機葉型分別進行反問題改進設計。對渦輪葉型的計算采用了給定目標靜壓分布和目標壓力載荷分布兩種方法，改進后的渦輪葉型，在保證葉型載荷不變的情況下，降低了流場中逆壓梯度，減小了流動損失。而對某存在激波的壓氣機葉型的計算只采用了給定目標靜壓分布方式，通過反問題計算，消除了激波，總壓損失系數(shù)降低了6.36％。葉型的性能得到提高。
　　商業(yè)軟件比自編的程序擁有更豐富的通用物理模型和提供了

4、更多的湍流模型。為了使反問題計算的適用范圍更廣，基于商業(yè) CFD軟件搭建了葉型反問題計算平臺，利用 Isight集成 ANSYS-CFX， Numeca-AutoGrid5及自編葉型修改程序 Inv。采用Numeca-AutoGrid5劃分網格，ANSYS-CFX為正問題求解器，葉型的修改同樣由虛擬速度來實現(xiàn)。以某壓氣機葉型為例進行增厚返回試驗，計算結果表明增厚的葉型較好的回復到原型目標葉型，驗證了所搭建平臺的有效性。應用搭建的反問題計