冷卻渦輪優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)研究.pdf

1、提高渦輪前燃?xì)鉁囟仁歉纳迫細(xì)廨啓C(jī)性能的有效措施之一，然而這對高壓渦輪的可靠性提出了更嚴(yán)峻的要求。為了降低渦輪前過高的溫度對渦輪葉片造成的熱沖擊，若保持原有的冷卻結(jié)構(gòu)不變，則必須增加所需的冷氣量而致使整體效率降低；而若保持原有的冷氣量不變，通過優(yōu)化冷卻結(jié)構(gòu)可以在提高燃?xì)鉁囟鹊耐瑫r提高冷卻效率，進(jìn)而提高整機(jī)效率。傳統(tǒng)的渦輪冷卻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是通過人工對有限設(shè)計(jì)變量的簡單離散組合，需要大量的人力成本且設(shè)計(jì)周期長。隨著優(yōu)化理念的深入，使得渦輪復(fù)雜冷卻

2、結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)工作的自動尋優(yōu)成為可能，從而降低人力資源消耗并大幅度地縮短設(shè)計(jì)周期。
　　基于以上工程背景，本文搭建了冷卻渦輪優(yōu)化平臺。該平臺主要包括渦輪冷卻結(jié)構(gòu)的參數(shù)化建模、計(jì)算域網(wǎng)格的自動劃分、CFD數(shù)值計(jì)算以及優(yōu)化策略的選取等模塊。
　　在原有冷氣量不變的情況下應(yīng)用搭建的優(yōu)化平臺對NASA的C3X多排氣膜孔進(jìn)行了絕熱優(yōu)化設(shè)計(jì)研究。采用分步優(yōu)化的方法，首先優(yōu)化前緣5排氣膜孔的布局，在前緣氣膜孔排最優(yōu)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步優(yōu)化壓力面和吸

3、力面氣膜孔排的布局。相比于原模型，優(yōu)化后前緣區(qū)域的平均冷卻效率提高了8.4％，前緣區(qū)域平均溫度下降了19.2 K；壓力面平均冷卻效率提升了1.1%，而吸力面平均冷卻效率提升了5.5%。通過將絕熱優(yōu)化結(jié)果應(yīng)用到耦合計(jì)算中可以發(fā)現(xiàn)，相比于原模型耦合計(jì)算結(jié)果，優(yōu)化后葉片表面平均溫度下降3.2 K；同時優(yōu)化模型在其前緣區(qū)域和吸力面區(qū)域的整體換熱系數(shù)要小于原參照模型。
　　為了進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)該優(yōu)化平臺的工程應(yīng)用價(jià)值，將該優(yōu)化平臺應(yīng)用于某改型船用