涡轮叶栅的优化设计和气动-分析

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2、要叶片是涡轮和压气机等叶轮机械装置核心部件的主要工作单元，通过与流体介质的相互作用实现能量的转换过程。叶片设计直接决定了涡轮的工作效率，影响着叶轮机械的总体性能。因此为进一步提高叶片的气动性能实现对现有能源的更好利用，有必要对叶片型线的气动优化设计进行研究。本文基于非均匀有理B样条曲线（NURBS）技术、叶型机械及几何参数求解、流场的数值模拟和评价以及基于Kriging近似模型的全局优化算法，建立了一种针对涡轮叶栅的自动优化设计平台。根据NURBS曲线的正向求解和逆向求解原理，对离散点描述的涡轮叶型

3、进行参数化表达，得到型线的控制顶点。参数化过程中通过对权因子的优化，提高了叶型拟合的精度。将涡轮叶型参数化造型、叶型机械及几何参数计算、叶栅流场的数值模拟求解以及基于改进的Kriging近似模型的自适应序列优化算法进行集成，实现各部分间数据的自动传递，建立了一种用于涡轮叶栅气动优化设计的自动优化方法，缩短了优化设计周期。最后采用本文建立的优化设计方法对某涡轮叶型以总压损失系数最小为目标进行优化设计。结果表明：优化后叶型的总压损失系数降低了1.49%，在变攻角工况下相比原型具有更高的气动性能，也验证了

4、本文优化设计方法的可靠性，为进一步研究涡轮叶片多目标以及多学科的优化设计打下良好基础。关键词：涡轮叶栅、优化设计、数值模拟、非均匀有理B样条、近似模型I万方数据上海交通大学硕士学位论文OPTIMIZATIONDESIGNANDAERODYNAMICANALYSISOFTURBINECASCADEABSTRACTAsthemainworkunitofthecorepartsofturbomachinerysuchasturbineandcompressor,bladesrealizetheenergy

5、exchangeprocessbytheinteractionwithfluidmedium.Theshapedesignofbladesdirectlydeterminestheworkefficiencyofblades,andofcourseaffectstheperformanceofturbomachinery.Thereforitisnecessarytohavearesearchontheaerodynamicoptimizationdesignofbladeprofile,toobt

6、ainafurtherperformanceimprovementofbladesandabetterutilizationofenergy.CombiningNon-UniformRationalB-Spline(NURBS),numericalsimulationandanalysisofcascadeflowfieldwithaglobaloptimizationmethodbasedonKrigingapproximationmodel,anautomaticaerodynamicoptim

7、izationmethodforturbinecascadeisintroducedinthisinvestigation.Firstly,accordingtotheprinciplesofdirectandinversesolution,theturbinebladeprofiledescribedbydiscretepointsisparameterizedbyNURBScurveandatlastthecontrolpointsareobtained.Duringtheparameteriz

8、ation,thefittingprecisioncanbeimprovedbytheoptimizationoftheweights.Anautomaticoptimizationmethodforturbinecascadeaerodynamicdesignissetupbythecombinationofprofileparametricmodeling,solvingofseriesofgeometricandmechanicproperties,numeri