多级轴流压气机一维性能建模及变几何优化

摘要

一维性能建模在轴流压气机准三维气动设计体系中占有重要地位。本文在梳理多级轴流压气机一维性能分析方法及其工程应用背景的基础上，首先开发完善了一维分析程序，然后发展了模型自动校准方法和基于CFD的附面层堵塞计算方法，并在此基础上开展了压气机变几何研究。本文研究内容包括： 一、一维分析方法。论述了平均中径法的基本原理，并通过整理归纳叶栅性能计算，端壁堵塞效应和喘振边界预测的经验模型，完善了一维性能分析方法，针对性地对4台压气机进行性能预测，验证了本文发展的一维性能分析程序具有较高的预测精度。 二、经验模型自动校准方法。鉴于经验模型难以普遍适用于各种流动情况，针对叶栅性能模型发展了一种自动校准方法。该方法是通过优化算法对经验模型中关键参数进行调整以减小预测性能和实验值的偏差。通过对4台不同级数和载荷的压气机进行校准，验证了方法的有效性和通用性。 三、基于CFD结果的附面层堵塞计算方法。为了建立压气机附面层堵塞从三维向低维性能模型的反馈，发展了一种基于CFD结果计算附面层堵塞的方法。该方法根据附面层中多种特征参数联合确定附面层边界位置。并通过对二维平板，压气机端壁及叶片表面附面层进行提取，验证了方法具有较好的可靠性。 四、压气机变几何优化。基于本文发展的一维分析程序和遗传算法，建立一种变几何优化方法。针对一台6级压气机，开展了单转速和多转速变几何优化，与实验调节方案的对比结果说明了变几何优化方法的有效性。 以上研究完善了轴流压气机一维分析方法，并为变几何主动控制方案的确定提供了可靠的技术支撑。

目录

1 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 一维性能建模方法

1.2.2 轴流压气机经验模型

1.2.3 基于CFD的附面层堵塞计算方法

1.2.4 变几何优化

1.3 本文的研究内容

2 轴流压气机一维分析方法

2.1 一维分析方法基本理论

2.2 经验模型

2.2.1 叶栅性能模型

2.2.2 端壁堵塞模型

2.2.3 失速边界预测模型

2.3 一维分析方法验证

2.4 本章小结

3 轴流压气机经验模型的自动校准

3.1 模型自动校准方法

3.1.1 经验模型与设计变量

3.1.2 目标函数

3.1.3 优化算法

3.2 模型校准方法验证

3.3 本章小结

4 基于CFD的附面层堵塞计算方法

4.1 附面层提取方法

4.2 附面层提取方法验证

4.3 本章小结

5 多级轴流压气机变几何性能优化

5.1 变几何优化方法

5.2 变几何优化方法验证

5.2.1 算例介绍及性能模拟

5.2.2 优化结果与分析

5.3 变几何优化总结

结论

参考文献

附录A 附录内容名称

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢