壓氣機葉型反問題設(shè)計技術(shù)研究.pdf

1、葉輪機械葉片設(shè)計中通常采用的方法有正問題設(shè)計方法和反問題設(shè)計方法。正問題設(shè)計中設(shè)計人員通過分析設(shè)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(shè)計要求，則根據(jù)相關(guān)經(jīng)驗或給定的優(yōu)化準則反復(fù)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(shè)計過程要耗費大量時間和成本。反問題設(shè)計中，設(shè)計人員根據(jù)設(shè)計要求給出流場中某些氣動參數(shù)，通過氣動參數(shù)與幾何造型間的物理關(guān)系得到實現(xiàn)該流動特

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

3、問題設(shè)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(shè)計：1）無轉(zhuǎn)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(zhuǎn)彎擴張通道；3）雙圓弧葉型構(gòu)成的平面葉柵。分別在氣流無轉(zhuǎn)折及氣流發(fā)生轉(zhuǎn)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(shè)計方法的準確性。
　?。?）針對反問題設(shè)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(jié)構(gòu)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(shè)計算例中進行了驗證。
　　（4）把無粘反問題設(shè)計方法推廣到粘性流動中，構(gòu)建了葉型粘性反問題設(shè)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(shè)計的驗證。改進了粘性反問題設(shè)計過程中無粘目標壓力分布的預(yù)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。
　?。?）針對NASALewis研究中心設(shè)計的一款兩級風(fēng)扇的第二級轉(zhuǎn)子葉片葉中截面的葉型，應(yīng)用本文構(gòu)建的反問