跨音速压气机轮毂型线优化设计.pdf

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1、第43卷第l期2013年1月航空计算技术AeronauticalComputingTechniqueV01．43No．1Jan．2013跨音速压气机轮毂型线优化设计张恒铭，黄秀全(西北工业大学动力与能源学院，陕西西安710072)摘要：针对跨音速转子Rotor37，采用Numeca软件中的Design3D模块对其叶片区域的轮毂型线进行了优化设计计算。模块结合了CFD、人工神经网络和遗传算法，优化效果显著。轮毂型线优化后的Rotor37相比原始设计，在整个设计转速范围内的等熵效率得到了明显提高，而裕度与优化前相比略微提高。通过流场分析，其性能的改善主要

2、源于叶片根部区域的激波前移和尾缘处附面层分离的减弱。关键词：气动优化；轮毂型线；CFD；激波；跨音转子中图分类号：V211文献标识码：A文章编号：1671—654x(2013)01．0025．03OptiIIIiza廿onofHub-shapeContouringofaTra璐oIlicAxialCompressorZHANGHeng-ming，HUANGXiu—quan(&^ooZ旷Po训er口以E聊呦，，Ⅳon^埘∞把mPo咖c九n如口Z‰眈瑙妙，艇7n凡710072，劬ino)Abstract：SettingRotor37astheresear

3、chobject，theoptimizationdesignofhub—shapecontouringiscar-riedoutbyusingtheDesign3DmoduleofNumecasoftware．ThismodulecombiningCFD、arti6cialneuralnetworkaJldgeneticalgorithmcouldbeappliedto3Daerodynamicoptimizationdesigll．Comparingwitht}leoriginalhub—shapecontouring，theoptimizedRo

4、tor37hasbetterperfb硼ancewithhigherisentmpicemciencyandthetotalpressuremtio．Byanalysingthechangesofgeometry，ovemllperfb咖anceandflowfieldindetail，itshowsthattheimproVementmainlyresultsf而mtheforthmoVementofshockandthecon-trolofboundarylayersep啪tion．Keywords：optimization；hub；CFD；sh

5、ocks；tmnsonicrotor引言随着能源工业和现代军事对压气机的性能要求越来越高，近十多年来压气机设计方法得到了巨大发展。其中，结合三维N．S方程求解和有效的优化算法来得到全局最优的设计方案的气动优化设计方法成为了研究的热点¨。J。其属于一种正问题设计方法，相对于其他的设计方法，可以全面考虑粘性、全三维效应对压气机性能的影响。鉴于这些优点，Numeca公司开发了叶轮机械三维气动优化软件包FINE／De舀sn3D，集成了参数化造型、CFD数值模拟、流场分析评价、人工神经网络和遗传算法模块，能够方便、快速和有效地进行3D叶片和通道的优化设计。近年

6、来，不少研究者将目光转向了压气机的轮毂。2006年，RoqueCorral和FemandoGisbertp。采用基于梯度的方法，通过伴随N．S求解，对某低压压气机的轮毂形状进行了优化研究，优化后的压气机的二次流动损失得到了有效降低。其属于一种非轴对称端璧的研究，而对轮毂型线的相关研究并不多。2009年，杨春∽1等研究了轮毂修型对压气机静子角度堵塞的影响，利用修型使得压气机静子角度堵塞状况得到了很大的改善。本文利用Numeca中的Fine／DesigIl3D软件对Rotor37的端璧型线进行了优化，使得转子效率得到了提升，并通过流场分析得出了提升的主要

7、原因。1数值计算方法本文使用Numeca软件中的Fine／Turbo模块来进行计算。对三维雷诺平均N．S方程进行数值求解，使用了Jameson的中心差分格式和四阶龙格一库塔时间推进方法，并且采用了多重网格和隐式残差光顺计算加速技术。湍流模型采用了S—A模型，其能很好地模拟较复杂的分离流动，且计算量小、稳定性好。其次，合理、高质量的网格是数值计算能够准确模拟流场的收稿日期：2012一lO一29基金项目：国家自然科学基金项目资助(50706039)作者简介：张恒铭(1988一)，男，四川华蓥人，硕士，主要研究方向为叶轮机气动热力学。航空计算技术第43卷第

8、l期基本条件，因此必须保证网格的质量，选用适当的网络拓扑结构并设置适当的网格点数，使其在保证精度的条件下尽可