汽轮机叶片改型及三维气动优化设计

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1、第40卷第1期热力透平Vol．40No．12011年3月THERMALTURBINEMar．2011汽轮机叶片改型及三维气动优化设计1，2，321，22隋永枫，孙义冈，叶钟，孔建强(1．杭州汽轮动力集团中央研究院博士后科研工作站，杭州310022;2．杭州汽轮机股份有限公司工业汽轮机研究所，杭州310022;3．西安交通大学动力工程及工程热物理博士后流动站，西安710049)摘要:为了提高汽轮机的效率，本文采用基于人工神经网络及遗传算法的叶轮机械叶片三维优化设计方法，对某低压叶片级组进行优化设计。优化目标

2、是在流量不减小的情况下，减少叶片内的流动损失，增加叶片的总总效率及等熵效率。优化仿真结果显示，优化后所获得的扭曲叶片有效地改善了次末级叶根处的流动分离，流道损失显著降低，流量和总总效率也都得到了大幅度的提高。关键词:汽轮机;叶片优化设计;流场分析;效率中图分类号:TK263．3文献标识码:A文章编号:1672－5549(2011)01－0028－05ImprovedandOptimizedAerodynamicDesignonTurbineBladeStages1，2，321，22SUIYong-feng

3、，SUNYi-gang，YEZhong，KONGJian-qiang(1．HangzhouTurbine＆Power，PostdoctorWorkingStation，Hangzhou310022，China;2．HangzhouSteamTurbineCO．，Ltd．IndustrialSteamTurbineInstitute，Hangzhou310022，China;3．Xi’anJiaotongUniversity，PowerEngineering＆EngineeringThermophysics

4、PostdoctorResearchStation，Xi’an710049，China)Abstract:Basedonartificialneuralnetworkandgeneticalgorithm，a3Doptimizeddesignmethodisadoptedtoimprovesteamturbineefficiency．Theoptimizationobjectiveistomaximizetotal-totalisentropicefficiency，minimizethelossoffl

5、owpath，andkeepmassflowunchanged．Theoptimizedsimulationresultshowsthatoptimizedbladestagescaneffectivelyimproveflowseparation，decreasethelossofflowpath，andenhancemassflowandtotal-totalisentropicefficiency．Keywords:steamturbine;optimizedaerodynamicdesign;fl

6、uidanalysis;efficiency［3，4］叶栅的气动设计技术由于直接关系到汽轮机复杂的高难度课题。随着计算速度的提高及的效率、功率甚至运行的安全可靠性，影响到能源CFD三维流场求解精度的完善，基于N－S方程的有效转换和合理利用，一直是国内外叶轮机械的全三维流场数值模拟用于叶轮机械气动设计成气动热力学领域关注的重点。采用先进的设计理为可能。近年来国内有许多研究工作采用三维论与方法对通流部分进行设计优化是提高汽轮机CFD流场分析与数值优化相结合的方法，来提高［5，6］气动效率和改善其气动性能的一个

7、非常重要的手汽轮机的性能。［1，2］段。本文在已有传统改型设计方法基础上，结合汽轮机叶栅内部流动由三维Navier-Stokes方工业汽轮机通流的技术特点，采用叶轮机械全三程决定，其工作环境非常复杂，内部流体的流动是维优化设计平台Design3D，将计算流体动力学分粘性、三维和非定常的有旋流动，存在通道涡、角析技术与人工神经网络、遗传算法相结合的方法，涡、泄漏涡等复杂涡系，并常伴有激波、边界层分以某两级低压级组转子叶片为研究对象，通过改离、回流等复杂的流动现象。叶栅工作环境的复变整个叶高的扭曲规律的方法对

8、其进行三维气动［7－9］杂性决定了其气动优化设计是一个跨学科、十分优化，从而达到改善叶片气动性能的目的。收稿日期:2010－12－30修订日期:2011－01－19基金项目:浙江省科学技术厅优先主题重大工业项目:100MW等级超大型工业汽轮机系列技术开发与应用(2008C01063)作者简介:隋永枫(1978－)，男，黑龙江鹤岗人，高级工程师，博士后，杭州汽轮机股份有限公司、西安交通大学博士后，从事汽轮机热力结构设计、叶片设计