壓氣機葉型反問題設計技術研究.pdf

1、葉輪機械葉片設計中通常采用的方法有正問題設計方法和反問題設計方法。正問題設計中設計人員通過分析設計要求，選擇性能相近的葉型作為初始葉型，通過CFD或試驗方法分析初始葉型氣動性能，如果其不滿足設計要求，則根據相關經驗或給定的優(yōu)化準則反復修改葉型，直到其達到要求。正問題方法具有過程簡單、易于實現(xiàn)等優(yōu)點，但設計過程要耗費大量時間和成本。反問題設計中，設計人員根據設計要求給出流場中某些氣動參數，通過氣動參數與幾何造型間的物理關系得到實現(xiàn)該流動特

2、征的葉型。因此反問題設計的優(yōu)勢在于設計效率較高、對設計人員經驗依賴較少。本文在馮卡門流體研究所（VKI）相關研究的基礎上開展了葉片反問題設計方法的研究。全文研究內容主要包括以下幾個方面：
　　（1）構建了葉型無粘反問題設計流程，對其中的關鍵技術——基于特征變量邊界理論的滲透邊界、葉型修正技術進行了原理分析，并在課題組自主開發(fā)的計算流體力學軟件NAPA中完成了滲透邊界、葉型修正模塊等無粘反問題設計組成部分的程序實現(xiàn)，從而實現(xiàn)了葉型反

3、問題設計。
　?。?）對以下3類9個具有不同流動特點的管道及葉柵算例進行了反問題設計：1）無轉折的曲壁面通道，如bump管道，二維拉瓦爾噴管；2）模擬單葉柵通道流動的轉彎擴張通道；3）雙圓弧葉型構成的平面葉柵。分別在氣流無轉折及氣流發(fā)生轉折的亞聲速流動、存在激波的跨聲速流動中逐步驗證該無粘反問題設計方法的準確性。
　?。?）針對反問題設計方法實際使用時可能出現(xiàn)的目標流動與初始流動的流場結構間存在較大差異的情況，改進了滲透邊界

4、的處理方法，并在消除葉柵流動中槽道激波的反問題設計算例中進行了驗證。
　?。?）把無粘反問題設計方法推廣到粘性流動中，構建了葉型粘性反問題設計流程。在雙圓弧葉型的亞聲速流動中進行了粘性反問題設計的驗證。改進了粘性反問題設計過程中無粘目標壓力分布的預估方法，使之適用于存在激波的流動，并在存在激波的葉柵流動中進行了驗證。
　　（5）針對NASALewis研究中心設計的一款兩級風扇的第二級轉子葉片葉中截面的葉型，應用本文構建的反問