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离心叶轮的气动优化问题

刖 优化问题,是工程技术界最感兴趣的问题之一。在风机、鼓风机、压缩机行业,产品的竞争能力,其主要技术基础:三一,是产品设计中具有三方面的优势:一是有良好的气动性能;二是预测的外特性曲线与实测的能一致,三是设计过程能全盘计算机化。建立这三方面的优势,提给工业空气动:吁学的任务,是建立一个符合真实流动情况的数学物理模型,把设计过程建立在反问题计算的基础上,并把反问题计算进一步建立在气动优化的基础上,正问题计算也应直接服务于反问题计算及变工况计算。本文主要结合我国新一代一批离心风机研制中,所采用的气动优化方法,就其问题的提法,方法的依据,特征以及部分优化准则进行论述。气动优化问题的提法及其主要依据与过程 气动优化问题的建立,可以有两种不同的思路,或两种不同的问题提法。第一种是.建立各种损失△g;与各部件几何形状z;之间的关系,即建立 △口i=fi(zl,x2,…z,,…xn),i=l,2,…,垅,?=1,2,…,,z。 m风机与鼓风机...  (本文共9页) 阅读全文>>

天津大学
天津大学

高速离心叶轮的气动与结构优化

近年来,离心压缩机不断向高压比、高效率发展。叶轮气动设计的发展直接关系着叶轮机械的发展水平,是叶轮机械气动力学领域研究的重点。半开式离心叶轮因其强度高、极限圆周速度大、单级压比高等优点得到广泛应用。本文采用反命题设计方法,以某离心压缩机级内闭式离心叶轮为研究对象,以提高其效率、压比和扩大稳定工作范围为目标,通过控制叶片载荷分布改变叶片三维结构、改变叶片前缘位置,探讨和研究了离心叶轮优化设计方法;进而对经典叶轮在叶顶处等值切削形成不同间隙值的半开式叶轮进行数值计算,探究叶顶间隙对半开式离心叶轮气动性能和流场的作用机理。在对原始叶轮进行数值模拟、明确内部流动特性和气动性能基础上,采用三种措施进行反命题优化设计:1)以原始叶轮子午型线为基础,通过控制叶片载荷分布改变叶片三维结构,进而优化叶轮气动性能;2)确定最佳载荷分布形式,改变叶轮出口宽度,以消除出口气流分离为目的优化叶轮气动性能;3)确立适当的叶片前缘位置,改善流动分离现象并扩大...  (本文共69页) 本文目录 | 阅读全文>>

上海交通大学
上海交通大学

基于CFD流场分析的多工况多约束条件的叶片优化设计方法与实验研究

随着全球市场竞争日益激烈,提高性能、降低研发成本和缩短设计周期的压力迫使叶轮机械设计工作者不断改进设计方法。近年来,CFD技术被广泛地应用于叶轮机械内部的三维粘性流场的数值模拟,其有效性逐步得到了研究者的肯定。同时,多种性能优良的优化算法也不断被推出。而计算机软硬件的飞速发展使得将CFD技术与优化算法相结合进行叶轮机械优化设计成为可能。本文着眼于叶轮机械叶片及叶轮的优化设计方法的实现,对相关优化设计算法进行了较为全面深入的研究。根据不同优化对象的特点,发展了适合叶轮机械叶片及叶轮的多工况多约束条件的优化设计方法,并将其成功地应用于相应的优化算例中。为了在计算时间与计算精度之间寻求良好的平衡,使CFD技术可以有效地应用于叶轮机械的气动优化设计,作者研究了叶轮机械定常流动数值模拟中RANS方程的空间离散形式与求解方法,阐述了代数Balding-Lomax模型、一方程Sparlart-Allmaras模型和标准k-ε模型的构造形式,并...  (本文共192页) 本文目录 | 阅读全文>>

哈尔滨工业大学
哈尔滨工业大学

高压比离心压气机的流动分析及优化改型

作为核心的增压装置,离心压气机被广泛应用于中小型航空发动机、燃气轮机及涡轮增压器中,在国民生产和国防建设中均发挥着重要作用。近年来不断增长的军事和能源需求对现代离心压气机的工作性能提出了更高的要求。针对离心压气机内复杂流动特征和流场结构的研究工作日显重要,可以为高压比、高效率和大流量离心压气机的设计和开发提供理论依据和工程指导。本文对某高转速、高压比离心压气机进行了细致的流动分析和优化改型,该压气机由离心叶轮和两列扩压器组成。工作主要内容如下:1.对Eckardt实验叶轮内流场进行了的数值研究,结果表明本文采用的数值方法和条件设置不仅能够较准确地计算Eckardt叶轮的总体性能,还能很好地模拟离心叶轮内的速度、压力分布,并且捕捉到与实验相似的射流尾迹结构。2.详细研究了设计工况下高转速、高压比离心压气机各组成单元(离心叶轮、径向扩压器和轴向扩压器)的流动特征,准确指出了能量损失集中在离心叶轮机匣附近、径向扩压器叶根和叶顶附近,并...  (本文共75页) 本文目录 | 阅读全文>>

北京化工大学
北京化工大学

气流激励下离心叶轮动态特性研究

随着离心压缩机在各个工业部门中的重要程度与日俱增,作为离心压缩机组中的关键构成部件,离心叶轮成为决定离心压缩机组性能和效率的关键因素。然而,由于气流激振导致的离心叶轮失效破坏层出不穷,所以对于离心叶轮的动态特性研究就具有十分重要的意义。本文首先从理论方面对离心叶轮的材料性能和失效形式进行了研究,同时从强度分析相关理论和流体动力学计算相关理论两方面对本文采用的数值计算方法进行了解释,并且针对气流激励导致叶片共振的机理进行了理论上的研究和分析。然后,本文以某透平机械制造厂的闭式离心叶轮为研究对象,利用有限元分析软件,对离心叶轮的强度进行了计算。并且通过分析计算得到了叶片倒圆角、叶片厚度和叶片数目对于离心叶轮强度的影响规律,同时针对过盈量与接触强度之间的关系,以及离心叶轮的疲劳寿命和失效评定进行了研究。紧接着,本文以某分流叶片断裂的半开式叶轮为研究对象,模拟气流激励的作用,对离心叶轮的动态特性进行了研究。利用叶轮机械专业分析软件,分别...  (本文共98页) 本文目录 | 阅读全文>>

北京理工大学
北京理工大学

弯掠离心叶轮流动机理研究及气动优化

离心压气机是小型航空/地面燃气轮机和涡轮增压器压气机部件的主要形式,一直向高压比、高效率、宽稳定裕度方向发展,而常规的直母线叶轮难以满足日益增长的性能要求。弯掠技术可以有效提高压气机性能,但在离心压气机中的作用机理不明确、设计规律不清晰,因此深入开展不同曲面叶轮流动机理及性能研究具有现实的意义。另外,配备离心压气机的航空发动机或涡轮增压器常常需要在高海拔低雷诺数工况下工作,压气机性能退化严重。通过不同高度雷诺数对离心压气机性能影响分析,探索基于弯掠叶轮的改进方法及技术具有应用价值。基于此,本文主要开展了以下研究内容:首先,研究不同弯型在离心叶轮中的应用。利用设计软件对离心叶轮进行弯叶形改型设计,叶片弯的形状主要由两个参数“弯曲位置”以及“弯曲量”沿流向的分布决定,共设计12种前缘改型方案,4种尾缘改型方案。并通过数值方法得到其总体性能,进而分析其内部流场变化。研究表明,前缘负弯有助于提高压气机的峰值效率、压比,并且越靠近叶顶,改...  (本文共87页) 本文目录 | 阅读全文>>