高压涡轮导叶非轴对称端壁优化设计.pdf

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1、第4卷第3期航空工程进展V01．4No．32013年8月ADVANCESINAERONAUTICALSCIENCEANDENGINEERINGAug．2013文章编号：1674—8190(2013)03—319一08高压涡轮导叶非轴对称端壁优化设计那振结，刘波，高丽敏(西北工业大学动力与能源学院，西安710072)摘要：为使高压涡轮导叶非轴对称端壁造型在减少二次流损失、提高气动性能方面更好的发挥作用，以某一级高压涡轮为研究对象，采用端壁参数化造型、三维Navie卜stokes(MS)方程流场求解和基于人工神经网络的遗传

2、算法相结合的优化方法对涡轮导叶进行非轴对称端壁的优化设计。优化目标为在控制涡轮导叶进口质量流量、出口马赫数及出口气流角的情况下，导叶出口总压损失系数和出口二次流动能最小化。对比分析优化前后端壁对涡轮导叶出口参数和涡轮级性能的影响。结果表明：优化后得到的非轴对称端壁有效地改善了涡轮导叶通道内的流场，抑制了通道内二次流涡系的发展，降低了导叶出口处的流动损失，涡轮导叶出口总压损失系数降低了14．85％，高压涡轮级等熵效率提高了o．456％。关键词：高压涡轮；非轴对称端壁；优化设计；总压损失系数；二次流动能中图分类号：V231

3、．3文献标识码：AoptimizatiOnDesignOfNon。axisymmetricEndWallinaHighPressureTurbineGuideVaneNaZhenzhe，LiuBo，GaoLimin(Sch001ofPowerandEnergy，NorthwesternPolytechnicalUniversity，Xi’an710072，China)Abstract：Inordertomakeoptimizationdesignofnon-axisymmetricendwaUinhighpressur

4、e(HP)turbineguidevaneplayabetterrolereducingthesecondaryflowlossesandenhancingtheaerodynamicperformance．aHPturbineistakenasareaserchobject，usingthemethodswhichcombinedendwallparameterization，three—dimensionalNavie卜Stokes(N～S)flowcomputation，andgeneticalgorithm(G

5、A)basedonartificialneuralnet—work(ANN)tooptimizethenon-axisymmetricendwallinaHPturbineguidevane．Theobjectiveofoptimiza—tiondesignistominimizethetotalpressurelosscoefficientandsecondarykineticenergy(SKE)atthestatorexitwhiletheinletmassflow，theexit】Ⅵachnumberandth

6、eexitflowanglearecontrolled．TheinfluencesontheparametersatthestatorexitandthestageperformanceoftheHPturbinearecomparedandanalyzedbetweenpreandpostoptimization．Theanalysisresultsindicatethattheoptimizednon-axisymmetricendwallcaneffec—tivelyimprovetheflowfieIdthro

7、ughsuppressingthedevelopmentofsecondaryflowvortexsystemintheHPturbinestatorsoastoreducetheflowlossatthestatorexit．Andthetotalpressurelosscoefficientatthestatorexitreducesby14。85％，whilethestageisentropicefficiencyincreasesby0．456％．Keywords：highpressureturbine；non

8、—axisymmetricendwaU；optimizationdesign；totalpressurelosscoeffi—cient；secondarykineticenergy收藕日期：2012—11—09；修回日期：z013一O卜11基金项目：国家自然科学基金(51236006)通信作者：那振吉占，na～wuli@163．