軸流式葉輪機(jī)械葉型反問題設(shè)計(jì)研究.pdf

1、現(xiàn)代壓氣機(jī)和渦輪對葉型氣動(dòng)性能的要求日益嚴(yán)格，葉型的設(shè)計(jì)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(gè)過程耗時(shí)較長，比較依賴設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)。反問題方法優(yōu)勢在于可以較少依賴設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，縮短設(shè)計(jì)周期。本文發(fā)展了基于求解N-S方程的葉型反問題設(shè)計(jì)方法，并應(yīng)用于二維工程實(shí)例。本文的主要內(nèi)容有：
　　改進(jìn)課題組開發(fā)的正問題程序，以虛擬速度方法為基礎(chǔ)，開發(fā)了反問題計(jì)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(shí)間項(xiàng)采用四階Runge-Kutta顯式方法，為加快收斂速度，采用了當(dāng)?shù)貢r(shí)間步長和殘差光順技術(shù)，將正問題程序計(jì)算與商業(yè)軟件的計(jì)算進(jìn)行了對比，驗(yàn)證了程序的精確性。反問題計(jì)算基于迭代-修正的方法。計(jì)算時(shí)給定葉型表面靜壓分布或壓力載荷和周向厚度分布，假設(shè)葉型表面網(wǎng)格點(diǎn)存在虛擬速度，根據(jù)當(dāng)前靜壓與目標(biāo)靜壓之差來修改葉型。編寫了反問題計(jì)算程序并進(jìn)行了葉型的增厚減薄數(shù)值試驗(yàn)，

3、驗(yàn)證了反問題計(jì)算方法的有效性。然后利用該程序?qū)u輪和壓氣機(jī)葉型分別進(jìn)行反問題改進(jìn)設(shè)計(jì)。對渦輪葉型的計(jì)算采用了給定目標(biāo)靜壓分布和目標(biāo)壓力載荷分布兩種方法，改進(jìn)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(dòng)損失。而對某存在激波的壓氣機(jī)葉型的計(jì)算只采用了給定目標(biāo)靜壓分布方式，通過反問題計(jì)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(jì)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(jì)算平臺(tái)，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(wǎng)格，ANSYS-CFX為正問題求解器，葉型的修改同樣由虛擬速度來實(shí)現(xiàn)。以某壓氣機(jī)葉型為例進(jìn)行增厚返回試驗(yàn)，計(jì)算結(jié)果表明增厚的葉型較好的回復(fù)到原型目標(biāo)葉型，驗(yàn)證了所搭建平臺(tái)的有效性。應(yīng)用搭建的反問題計(jì)