李颖晨
,
丰镇平
工程热物理学报
基于控制理论的气动设计方法作为一种基于梯度的优化方法,通过引入伴随系统计算目标函数的敏感性导数,大大降低设计成本.本文将基于控制理论的气动设计方法应用到透平叶栅的气动反问题中,应用Euler方程研究了二维叶栅的压力反设计问题,并讨论了该方法具体实施中的关键问题,包括采用非均匀B样条进行二维叶栅造型;应用Thompson时间相关边界条件理论进行伴随方程特征分析;研究伴随方程的数值求解方法,构造伴随方程的耗散通量.通过算例证明了该气动设计方法适用性好,速度快,可以大大节约计算成本.
关键词:
反问题
,
控制理论
,
敏感性导数
,
Euler方程
,
伴随方程
李军
,
刘立军
,
李国君
,
丰镇平
工程热物理学报
采用发展的基于Reynolds-Averaged Navier-Stokes方程和液相/气相界面跟踪方法的单相空化模型和数值迭代算法,数值预测了二维弯管内空化卒泡的形状和相应的压力系数分布.将发展的二维空化模型和算法推广到i维空化流动的数值模拟,预测了三维非对称弯管内的三维空泡形状和流动特性.数值预测三维非对称弯管内空化流动时的卒泡位置和相应压力系数分布符合理论分析结论.研究结果证明了所发展的空化模型和算法能够应用于三维空化流动时的数值预测.
关键词:
弯管
,
空化
,
液相/气相界面跟踪方法
,
数值预测
罗常
,
宋立明
,
李军
,
丰镇平
工程热物理学报
应用三维叶栅自动设计参数化方法,选择E3约束的条件下进行了自动气动优化设计.优化后,最优叶栅的总压恢复系数比参考叶栅提高了0.8%,流量和出口气流角都在约束范围内.对优化结果的详细气动分析表明,叶栅性能有显著的改善,表明该算法具有良好的优化性能.
关键词:
三维叶栅
,
自动气动优化
,
总压恢复系数
何坤
,
晏鑫
,
李军
,
丰镇平
工程热物理学报
采用三维数值求解方法,对透平叶栅端壁区域的流动和传热特性进行了研究.利用试验数据考核了相应的数值方法,分析了网格数目和湍流模型对叶栅端壁附近流动传热特性计算的影响,比较了不同进口雷诺数和湍流度条件下端壁传热特性的变化.结果表明:马蹄涡和通道涡等二次流动直接影响端壁区传热,传热强度分布规律基本与当地流动的湍动能保持一致.湍流模型对端壁压力场的计算影响较小,但对端壁传热特性的求解的精度影响较大.采用v2-f湍流模型能较好地预测端壁传热分布.来流雷诺数和湍流度的变化改变了端壁边界层厚度和涡系结构,使得端壁传热强度和梯度分布发生变化.
关键词:
燃气透平叶栅
,
端壁
,
传热特性
,
二次流动
赵晶金
,
刘钊
,
丰镇平
,
余小兵
工程热物理学报
针对中.高吹风比下容易产生反向涡对的问题,为了改善中、高吹风比下气膜孔的冷却效率,进行了新型抗涡气膜孔的设计和研发工作.根据造型参数不同,设计了四种新型反对称涡气膜孔结构,首先研究了不同几何结构的新型气膜冷却孔对平板气膜冷却特性的影响.然后将反对称涡新型气膜冷却结构运用于叶栅端壁,前缘冷却孔排采用了不同冷却结构的单,双排冷却孔布置,计算分析了各种冷却结构在不同吹风比下对应的端壁气膜冷却特性分布.结果表明,在中、高吹风比下,不同造型条件的新型气膜冷却孔都具有较大的冷却范围,均能较好地贴合壁面,从而起到有效保护壁面的作用.
关键词:
气膜冷却
,
反对称涡
,
吹风比
,
冷却效率
宋英杰
,
聂俊
,
郭振东
,
宋立明
,
李军
,
丰镇平
工程热物理学报
结合共轭换热分析方法和基于拉丁超立方采样与Kriging近似模型的蒙特卡罗方法,提出了高温叶片换热性能不确定性量化方法.在量化主流进口总压、总温、湍流强度以及冷气进口总压四个运行参数的不确定性的基础上,对高温叶片Mark-Ⅱ进行了换热性能不确定性量化.分析了不确定性工况参数对叶片最高温度和最大温度梯度两个关键随机输出参数的影响,并通过设定最高温度和最大温度梯度的临界值,进行了可靠性分析.计算结果表明,不确定性参数可导致叶片最高温度增加42.3 K,最大温度梯度增加2.20 K·mm-1;最高温度下和最大温度梯度下的可靠度分别为94.2％和97.0％;主流进口总温不确定性对叶片换热性能和寿命影响最大.
关键词:
不确定性量化
,
共轭换热分析
,
蒙特卡罗模拟
,
拉丁超立方采样
,
Kriging响应面
罗常
,
宋立明
,
李军
,
丰镇平
工程热物理学报
提出了基于多目标寻优的叶轮机械叶栅多学科设计优化算法,方法包括:采用并行多目标差分进化算法作为优化求解器来搜寻叶栅多学科设计优化问题的Paxeto解集,采用非均匀B样条方法对叶片型面进行参数化处理,通过求解Reynolds-Avergaed Navier-Stokes方程评估叶片的气动性能,耦合气动计算得到的叶片表面压力,应用有限元分析方法预测叶片的强度性能.为证明本文方法的实用性,选择叶片的等熵效率和叶片应力为目标函数,完成了NASA Rotor 37转子叶栅的多学科设计优化,结果表明本文提出的多学科设计优化算法具有良好的优化性能.
关键词:
叶轮机械叶栅
,
Pareto解集
,
多学科设计优化
,
并行多目标差分进化算法
王昌叶
,
刘钊
,
叶绿
,
丰镇平
工程热物理学报
应用数值方法研究了燃气轮机透平叶片冲击/气膜复合冷却特性.首先对湍流模型进行了考核,根据与已有试验数据的比较,数值计算选用与试验结果吻合最好的SSTk-ω模型进行.然后分析了不同吹风比下叶片前缘内部冲击冷却和外部气膜冷却的流动和换热特性.结果表明:冲击室内,平均努塞尔数在叶根处最低,沿叶高方向逐渐增大,从某一叶高处开始在一定的范围内波动.随着吹风比的提高,冲击室内周向平均努塞尔数及其峰值都增大,气膜孔附近的气膜冷却效率降低,气膜孔下游的气膜冷却效率增加.
关键词:
冲击冷却
,
气膜冷却
,
复合冷却
,
冷却效率
宋立明
,
李军
,
丰镇平
,
罗常
工程热物理学报
提出了一种多目标差分进化算法(MDE),典型函数试验结果表明该算法具有优秀的多日标寻优能力,满足多目标气动优化设计的要求.耦合并行多目标差分进化算法、三次B样条曲面造型方法和CFD求解技术,提出了新的轴流式叶轮机械叶栅三维多目标气动优化设计方法.选择等熵效率和总压比为目标函数,完成了NASA Rotor37转子叶栅的多目标气动优化设计.优化后叶栅的气动性能明显提高,表明该方法具有良好的优化性能和应用前景.
关键词:
多目标
,
差分进化算法
,
气动优化
,
压气机叶栅
童彤
,
丰镇平
工程热物理学报
本文发展并完善了一种基于非受控解的排序、基于共享机制的小生境技术和交配约束的多目标遗传算法，在一元热力设计基础上，对一个透平级取实际压力与给定压力的差值和级的作功能力为目标函数进行了优化。算例表明该算法具有同时捕获一组解的能力，对于解决多目标优化问题具有很强的适应性和合理的优化结果，是一种有效的多目标优化方法
关键词:
遗传算法
,
多目标
,
优化设计
,
透平级
