CN114186513A - 一种具有反s型前缘的轴流压气机叶片造型设计方法 - Google Patents

一种具有反s型前缘的轴流压气机叶片造型设计方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114186513A
CN114186513A CN202111518177.7A CN202111518177A CN114186513A CN 114186513 A CN114186513 A CN 114186513A CN 202111518177 A CN202111518177 A CN 202111518177A CN 114186513 A CN114186513 A CN 114186513A
Authority
CN
China
Prior art keywords
blade
distribution
compressor
radial
reverse
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202111518177.7A
Other languages
English (en)
Inventor
王�琦
张舟
肖舒宁
汪作心
洪青松
李冬
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
703th Research Institute of CSIC
Original Assignee
703th Research Institute of CSIC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 703th Research Institute of CSIC filed Critical 703th Research Institute of CSIC
Priority to CN202111518177.7A priority Critical patent/CN114186513A/zh
Publication of CN114186513A publication Critical patent/CN114186513A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • G06F30/28—Design optimisation, verification or simulation using fluid dynamics, e.g. using Navier-Stokes equations or computational fluid dynamics [CFD]
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/26—Rotors specially for elastic fluids
    • F04D29/32—Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps
    • F04D29/38—Blades
    • F04D29/384—Blades characterised by form
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2113/00—Details relating to the application field
    • G06F2113/08—Fluids
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2119/00—Details relating to the type or aim of the analysis or the optimisation
    • G06F2119/14—Force analysis or force optimisation, e.g. static or dynamic forces

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Computing Systems (AREA)
  • Algebra (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

本发明的目的在于提供一种具有反S型前缘的轴流压气机叶片造型设计方法，包括如下步骤：给定叶片沿径损失分布；进行S2流面的反问题求解，获得压气机各级动、静叶片的沿径气动参数分布结果；叶片造型设计，根据叶片的沿径气动参数分布，给定叶片沿径向的初始进口攻角分布，以及叶片质心积叠线形式，完成叶片造型；通过三维CFD计算获得压气机在不同工况下的内部流场状态，并根据结果对叶片沿径损失分布、叶片沿径进口攻角分布和叶片质心积叠线形式修正。本发明实现了对压气机内部气体流动的主动控制，有效提高了压气机的气动性能，实现了流动主动控制技术在叶片造型设计中的定制化与参数化，能够直接集成至现有的压气机气动设计体系中。

Description

一种具有反S型前缘的轴流压气机叶片造型设计方法
技术领域
本发明涉及的是一种燃气轮机设计方法，具体地说是压气机设计方法。
背景技术
作为燃气轮机的三大核心部件之一，压气机的性能优劣直接决定着燃气轮机的技术指标实现。随着燃气轮机性能指标的不断提升，时至今日，更高的压比、更高的效率和更大的喘振裕度已经成为压气机设计的核心所在。这就需要不断提高压气机的气动设计水平，研究先进的压气机气动设计技术，才能满足燃气轮机的发展对压气机气动性能提出的需求。
所谓压气机气动设计，其本质就是将燃气轮机对压气机的气动性能需求转换成压气机通流几何造型的过程。而叶片的几何造型设计则是这个过程中最重要的关键环节之一。随着对压气机内部流动认识的不断深入，压气机的叶片设计技术也在快速发展。为了实现对压气机内部流场的主动控制，越来越多的技术手段已经被应用到压气机的叶片造型设计当中，叶片造型也从早期简单的二维叶型基叠设计步入如今的三维空间设计阶段。因此，必须探索和发展基于流动控制思想的压气机叶片三维设计技术，有效推动压气机气动性能的提升与进步，从而加快促进压气机自主设计技术体系的建立与完善。
发明内容
本发明的目的在于提供能解决轴流压气机内部流动的主动控制问题的一种具有反S型前缘的轴流压气机叶片造型设计方法。
本发明的目的是这样实现的：
本发明一种具有反S型前缘的轴流压气机叶片造型设计方法，其特征是：
(1)给定叶片沿径损失分布；
(2)采用流线曲率法进行S2流面的反问题求解，获得压气机各级动、静叶片的沿径气动参数分布结果；
(3)叶片造型设计，根据叶片的沿径气动参数分布，给定叶片沿径向的初始进口攻角分布，以及叶片质心积叠线形式，完成叶片造型；
(4)压气机三维CFD计算分析，通过三维CFD计算获得压气机在不同工况下的内部流场状态，并根据结果对叶片沿径损失分布、叶片沿径进口攻角分布和叶片质心积叠线形式修正；通过以上各步骤的反复迭代，获得具有S型前缘的、能够有效控制内部流动的最终叶片造型方案。
本发明还可以包括：
1、叶片沿径损失分布具体为：对于动叶片，给定沿径向的绝热效率分布；对于静叶片，给定沿径向的总压恢复系数分布。
2、步骤(3)中所述的叶片质心积叠线形式，采用B样条曲线，B样条曲线的控制点即为叶片沿径向各造型截面的质心点。
3、步骤(4)中所述的叶片质心积叠线形式修正，采用如下方式：通过三维CFD计算提取出叶片沿径向的压力分布，根据压力分布结果，对B样条曲线的控制点沿叶片子午面法向进行平移，并对B样条曲线进行光顺。
本发明的优势在于：
1、本发明充分考虑了轴流压气机在多级环境下内部各级叶片之间三维流动的空间匹配及端区损失，从而实现了对压气机内部气体流动的主动控制，有效提高了压气机的气动性能。
2、本发明实现了流动主动控制技术在叶片造型设计中的定制化与参数化，能够直接集成至现有的压气机气动设计体系中，可有效提升设计效率。
3、本发明不仅局限于燃气轮机轴流压气机，同样适用于各种工业用轴流压缩机、航空发动机轴流压气机/风扇的气动设计过程。
附图说明
图1为本发明的流程图；
图2为具有反S型前缘的轴流压气机叶片造型效果示意图。
具体实施方式
下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：
结合图1-2，本发明一种具有反S型前缘的轴流压气机叶片造型设计方法的具体实施方式通过以下步骤实现：
步骤一：给定叶片沿径损失分布。对于动叶片，给定沿径向的绝热效率分布；对于静叶片，给定沿径向的总压恢复系数分布。
由于叶片两侧端区附面层、径向间隙以及非线性三维流动的影响，在给定绝热效率和总压恢复系数沿径向分布时，从主流区至两侧端区应逐渐减小，形成弓形分布曲线，从而充分考虑叶片端区损失，使压气机内部流动在两侧端区能够更好匹配。
步骤二：采用流线曲率法进行S2流面的反问题求解，获得压气机各级动、静叶片的沿径气动参数分布结果。
步骤三：叶片造型设计。根据叶片的沿径气动参数分布，给定叶片沿径向的初始进口攻角分布，以及叶片质心积叠线形式，完成叶片造型。
叶片质心积叠线采用B样条曲线，B样条曲线的控制点即为叶片沿径向各造型截面的质心点。
步骤四：压气机三维CFD计算分析。通过三维CFD计算获得压气机在不同工况下的内部流场状态，并根据结果对叶片沿径损失分布、叶片沿径进口攻角分布和叶片质心积叠线形式修正。
主要修正方法如下：
提取动叶片绝热效率、静叶片总压恢复系数的沿径分布结果，修正叶片沿径损失分布；
提取叶片的进口气流角沿径分布结果，修正叶片沿径进口攻角分布；
提取叶片沿径向的压力分布结果，对叶片质心积叠线B样条曲线的控制点沿叶片子午面法向进行平移，并对B样条曲线进行光顺，修正叶片质心积叠线形式。
通过以上各环节工作的反复迭代，获得具有S型前缘的、能够有效控制内部流动的最终叶片造型方案。图2为采用以上方法设计出的具有反S型前缘的轴流压气机叶片造型效果示意图。
本发明提出的具有反S型前缘的轴流压气机叶片造型设计方法，不仅局限于燃气轮机轴流压气机，同样适用于各种工业用轴流压缩机、航空发动机轴流压气机/风扇的气动设计过程。

Claims (4)

1.一种具有反S型前缘的轴流压气机叶片造型设计方法，其特征是：
(1)给定叶片沿径损失分布；
(2)采用流线曲率法进行S2流面的反问题求解，获得压气机各级动、静叶片的沿径气动参数分布结果；
(3)叶片造型设计，根据叶片的沿径气动参数分布，给定叶片沿径向的初始进口攻角分布，以及叶片质心积叠线形式，完成叶片造型；
(4)压气机三维CFD计算分析，通过三维CFD计算获得压气机在不同工况下的内部流场状态，并根据结果对叶片沿径损失分布、叶片沿径进口攻角分布和叶片质心积叠线形式修正；通过以上各步骤的反复迭代，获得具有S型前缘的、能够有效控制内部流动的最终叶片造型方案。
2.根据权利要求1所述的一种具有反S型前缘的轴流压气机叶片造型设计方法，其特征在于：叶片沿径损失分布具体为：对于动叶片，给定沿径向的绝热效率分布；对于静叶片，给定沿径向的总压恢复系数分布。
3.根据权利要求1所述的一种具有反S型前缘的轴流压气机叶片造型设计方法，其特征在于：步骤(3)中所述的叶片质心积叠线形式，采用B样条曲线，B样条曲线的控制点即为叶片沿径向各造型截面的质心点。
4.根据权利要求1所述的一种具有反S型前缘的轴流压气机叶片造型设计方法，其特征在于：步骤(4)中所述的叶片质心积叠线形式修正，采用如下方式：通过三维CFD计算提取出叶片沿径向的压力分布，根据压力分布结果，对B样条曲线的控制点沿叶片子午面法向进行平移，并对B样条曲线进行光顺。
CN202111518177.7A 2021-12-13 2021-12-13 一种具有反s型前缘的轴流压气机叶片造型设计方法 Pending CN114186513A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111518177.7A CN114186513A (zh) 2021-12-13 2021-12-13 一种具有反s型前缘的轴流压气机叶片造型设计方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111518177.7A CN114186513A (zh) 2021-12-13 2021-12-13 一种具有反s型前缘的轴流压气机叶片造型设计方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114186513A true CN114186513A (zh) 2022-03-15

Family

ID=80543486

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111518177.7A Pending CN114186513A (zh) 2021-12-13 2021-12-13 一种具有反s型前缘的轴流压气机叶片造型设计方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114186513A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114519238A (zh) * 2022-01-18 2022-05-20 中国航发湖南动力机械研究所 高性能叶轮机械叶片全三维造型方法、装置及电子设备
CN116561934A (zh) * 2023-07-10 2023-08-08 陕西空天信息技术有限公司 叶片性能角模型修正方法及装置、电子设备、存储介质

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114519238A (zh) * 2022-01-18 2022-05-20 中国航发湖南动力机械研究所 高性能叶轮机械叶片全三维造型方法、装置及电子设备
CN116561934A (zh) * 2023-07-10 2023-08-08 陕西空天信息技术有限公司 叶片性能角模型修正方法及装置、电子设备、存储介质
CN116561934B (zh) * 2023-07-10 2023-09-26 陕西空天信息技术有限公司 叶片性能角模型修正方法及装置、电子设备、存储介质

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110929357A (zh) 一种高性能舰船燃机压气机气动设计方法
CN114186513A (zh) 一种具有反s型前缘的轴流压气机叶片造型设计方法
JP6708995B2 (ja) 軸流流体機械の翼の設計方法及び翼
US10352330B2 (en) Turbomachine part with a non-axisymmetric surface
EP2441964B1 (en) Airfoil design method for an axial compressor and axial compressor
JP2009144716A (ja) ターボ機械用の多段タービンを設計する方法
CN113434965B (zh) 一种基于三维流场分析的船舶燃机压气机性能优化方法
CN107092763B (zh) 具有可铸造性的透平机械叶轮的三维设计方法
CN109578085B (zh) 一种通过导叶倾斜减弱涡轮动叶非定常作用力的方法
EP3063414B1 (en) Centrifugal compressor impeller with blades having an s-shaped trailing edge
CN112685855A (zh) 一种轴流压气机叶型攻角落后角计算方法
Barsi et al. Radial inflow turbine design through multi-disciplinary optimisation technique
CN109815590B (zh) 一种基于端区附面层的多级轴流压气机三维叶片造型方法及叶片
CN113090580B (zh) 一种具有s型前缘的离心叶轮叶片及其造型方法
CN110030038B (zh) 考虑bli进气畸变效应的叶尖跨音风扇非对称静子设计方法
CN112685852B (zh) 一种轴流压气机负荷定制化气动优化方法
CN103628926A (zh) 排汽面积3.0m2变转速工业汽轮机低压级组末级叶片
CN101158991A (zh) 大小叶片压气机的气动设计方法
Arnone et al. Parametric optimization of a high-lift turbine vane
CN113569498A (zh) 一种轴流压气机端部弯曲静叶片设计方法
CN113883093B (zh) 一种低反力度压气机叶片设计方法、动叶及压气机
Wang et al. Adjoint aerodynamic design optimization for blades in multi-stage turbomachines: part ii—validation and application
CN113586164B (zh) 一种适用于中等推力航空发动机高负荷高压涡轮转子叶片
CN115186401B (zh) 一种轴流压气机亚音速叶栅造型关键角度参数确定方法
CN116044514B (zh) 涡轮及涡轮增压器

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination