一级半透平级叶片型线气动优化设计研究

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1、第53卷第6期汽轮机技术Vo1．53NO．62011年12月I1URBINETECHN0L0GYDec．201l一级半透平级叶片型线的气动优化设计研究李少军，李军，龚存忠，丰镇平(1中船重工第704研究所，上海200031；2西安交通大学动力与能源工程学院，西安710049)摘要：针对一级半透平级的直叶片，采用遗传算法和人工神经网络耦合气动性能分析方法，进行三维优化设计。优化设计目标是在流量和进出口气流角的约束：条件下，等熵效率最大。优化设计结果表明：在流量和进出口气流角的约束条件下，相比于初始设计的一级半透平级，优化设计得到的等熵效率提高了1．67％。优化设计得到的动

2、静叶之间的出口气流角匹配合理，减少了攻角损失；各列叶栅扩压区和扩压梯度均有减少，降低了二次流损失，提高了等熵效率。关键词：透平级；气动性能；优化设计分类号：TK262文献标识码：A文章编号：1001—5884(2011)06-0415-04AerodynamicOptimizationDesignoftheBladeProfileinOneandHalfTurbineStageLIShao-jun，LIJun，GONGCun—zhong，FENGZhen—ping(1The704ResearchInstituteofCSIC，Shanghai200031，China；2

3、SchoolofEnergyandPowerEngineering，Xi’anJiaotongUniversity，Xi’an710049，China)Abstract：Optimizationdesignofthebladeprofileusingaerodynamicperformanceanalysisandgeneticalgorithmsandartificialneuralmethodsinoneandhalfturbinestagewaspresentedinthispaper．Themaximumisentropicefficiencyofoneandh

4、alfturbinestagewasselectedastheoptimizationobjectiveattheconstraintsofthemassflowrateandinlet／outletflowangleflowconditions．Theisentropicefficienyoftheoptimaldesignincreases1．67％comparedwiththeinitialdesign．Thestatorbladeiswellmatchedwiththedownstreamrotorblade．Thisdesignleadstodecreased

5、incidencelosses．Inaddition，Thediffusionareaanddiffusiongradientinthebladeflowpassagearereducedandcorrespondingsecondaryflowlossesisdecreasedandtheisentropicefficiencyisimproved．Keywords：turbinestage；aerodynamicperfo-rmance；optimizationdesignsign一3D模块对某试验用一级半透平三列叶栅进行了优化0前言并对透平级优化前后进行了对比计算

6、。透平叶栅气动优化设计技术一直是国内外叶轮机械气1设计问题和优化方法动热力学领域关注的一个重点，结合CFD方法和进化算法形成的透平叶栅气动优化设计方法是当前透平叶栅设计研1．1问题描述与数值方法究中的热点。Dulikravich应用进化算法结合CFD技术进行图1给出了需要优化设计的一级半透平级三维计算网了透平通流部分和透平叶片的优化设计⋯；Oyama利用实数格图。表1给出了一级半透平级的几何结构参数。一级半型遗传算法结合Navier—Stokes方程求解技术，以熵损失最透平气动性能分析采用商用CFD软件NUMECA。不考虑间小为目标函数，对轴流透平叶片进行的优化设计，设

7、计结果隙等其它因素的影响，网格总数60万左右。工质采用理想得到了很好的验证；Giannakoglou应用遗传算法与CFD结空气，湍流模型采用S—A一方程湍流模型，进口给定总压合进行了透平叶栅的气动设计优化，在设计优化过程中结合135O00Pa，总温315K，进气方向为轴向进气，出口给定平均人工神经网络技术对设计叶栅进行了近似评价，减少了设计静压101325Pa，透平转速为4950r／min。空间离散采用中间周期，取得了很好的效果。宋立明等结合自适应差分进化差分格式，时间离散采用显式四步龙格库塔方法，添加人工算法、三次非均匀B样条曲面造型方