对于压气机叶片多工况气动优化设计研究

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1、学兔兔www.xuetutu.com第52卷第1期汽轮机技术V01．52No．12010年2月TURBINETECHNOLOGYFeb．2010压气机叶片多工况气动优化设计研究孙晓东，韩万金(1哈尔滨汽轮机厂有限责任公司，哈尔滨150046；2哈尔滨工业大学，哈尔滨150001)摘要：采用数值优化方法对跨声速压气机转子叶片进行了多工况气动优化设计，并对设计前后的几何形状、总体性能及流场的变化进行了详细的分析对比。结果表明，压气机转子前缘激波后掠可以有效地降低损失。优化后叶片的变工况性能非常好。各个工况点的质量流量基本不变，并

2、且叶片稳定工作范围有所扩大。关键词：压气机；多工况；激波；质量流量分类号：V232文献标识码：A文章编号：1001-5884(2010)01-0024-03TheStudyontheMultipleLoadingConditionsOptimizationDesignoftheBladeofTransonicCompressorSUNXiao．dong．HANWan-jin(1HarbinTurbineCompanyLimited，Harbin150046，China；2HarbinInstituteofTechnology

3、，Harbin150001，China)Abstract：Numericaloptimizationdesignwascarriedoutonthemulti—objectiveoptimizationdesignoftherotoroftransoniccompressor．Thechangesofgeometry，overallperformanceandflowfieldwereanalyzedandcomparedindetail．Theresultshowsthattheleadingedgeshockwavesw

4、eepbackcouldreducelossobviously．Afteroptimizationthevariableconditionsperformanceisgood．Massflowofeachconditionessentiallyconstantandthestableoperationrangeofbladeenlarges．Keywords：compressor；multipleloadingconditions；shockwave；massflow应面模型，以两个工况点的绝热效率最大为目标，同时对各0前言

5、自工况点的总压比与质量流量加以约束，变化范围不超过0．5％。在叶轮机械的优化设计中有一个不得不考虑但却难于1．2网格结构划分实现因而很少被考虑的问题，那就是多工况点的气动优化设本文采用简单代数法生成常规H型网格。图1给出了计问题。。一台好的风扇／压气机必须具有良好的变工况性网格结构示意图。能，具有较高的喘振裕度。从单工况点优化结果来看，所优化叶片的变工况性能是不确定的，有可能改进也有可能降低，因此优化叶片在实际工程中的应用就受到一定程度的影响。这进一步说明多工况点同时优化是必要的也是必需的。目前，有关采用数值优化方法进行多工

6、况点设计的公开发表的文献还不多见，因此本文以NASARotor37为例，尝试进行一一多工况点优化设计。(口)NASA37转子计算网格三维视图(NASA37转子计算网格三维视图1优化设计方案1．1优化方案在数学上来讲，多工况点的优化问题与多目标优化问题前缘网格尾缘网格类似，分别在两个工况点进行响应面模型的建立，然后进行(c)NASA37转子sl流面计算网格(西NASA37转子前后缘网格优化设计。本文选取NASARotor37动叶前缘积迭线为对象尝试进行多工况的气动优化设计。同时考虑尖峰效率点与图1NASARotor37计算网格

7、示意图近失速点两个工况，设计变量与上文相同。采用IHS方法生1．3边界条件成的样本分别在两个工况点进行流场计算，然后对两个工况对NASARotor37的数值模拟也是在设计转速下进行。点的质量流量、总压比、绝热效率分别进行回归分析，建立响边界条件的取法为：进口给定总压和总温，绝对速度方向为收稿日期：2009-10-19作者简介：孙晓东(1973一)男，工程师，现主要从事叶轮机械设计营销工作。学兔兔www.xuetutu.com第1期孙晓东等：压气机叶片多工况气动优化设计研究25轴向；出口在轮毂处给定静压值，然后利用简化径向平衡

8、方Pareto线，如图2所示。挑选其中的在两个工况点都有明显程计算出口静压沿展向的分布；物面边界采用了无滑移绝热改进的叶片进行气动分析。优化前后的总体性能参数的变条件。化列于表1。图3给出了前缘积迭线的变化形式，可以看出，主要的2结果分析变化在于叶片的弯曲形式不同，而掠的变化则很小了。对于