多级轴流压气机末级串列静子三维优化设计与分析

为充分挖掘串列叶片对压气机扩稳增效的潜能,在对多级轴流压气机末级静子串列改型的基础上,选取不同叶高处前后排叶片相对位置、负载分配、弯掠特征及端壁轮廓等25个参数为设计变量,开展某工业用6.5级轴流压气机末级串列静子叶片与端壁的一体化优化设计研究,并采用随机森林方法对串列叶片几何参数进行特征重要性分析,提炼出串列参数设计指导。结果表明：优化后压气机末级在设计工况、近喘工况和近堵工况下的绝热效率分别提升4.81%、3.37%和8.195%;对于末级串列静子,最优串列参数随叶高变化而变化;调整前后叶片的弦长比与弯角比以实现串列叶片负荷前加载、调整叶片后掠与反弯以降低叶片端壁处负荷、设置叶中部分更大的周向交错度使缝隙区流体充分加速,均能有效降低末级串列叶片流动损失;串列叶片缝隙区尺寸,尤其是周向交错度,较其他参数对串列叶片性能的影响更为显著。研究成果应对压气机三维串列叶片设计具有参考价值。     

多级轴流压气机嵌入级的试验与数值模拟

针对多级轴流压气机中复杂流场在数值模拟时存在计算精度的问题,以四级低速大尺寸轴流压气机为试验平台开展测试研究,并选取第三级带悬臂静叶的嵌入级,进行了与试验同一设计流量工况点的多通道定常和非定常数值模拟。试验与数值模拟结果对比研究表明,气流经过转静交接面时由于掺混损失造成总压降低;转静交接面对非定常计算得到的绝对气流角的影响可达2°,所以非定常计算的交接面位置的选取应在试验测量平面之后,以保证数值模拟的后处理截面与试验测量面一致。在叶中附近定常计算结果相较于非定常结果更接近于试验测量值,而在悬臂静叶近轮毂区域则反之,这表明非定常数值模拟方法相较定常方法可以更准确地模拟悬臂静叶轮毂附近的非定常流动。     

基于四象限法的跨声速压气机非设计点损失分析

基于流线曲率法发展了一种适用于跨声速压气机性能预测的高精度模型,对最小损失攻角及非设计点损失预测模型进行了修正.提出了一种非设计点损失分析方法——四象限法,结合该方法对跨声速压气机的损失构成进行了重新定义,对不同工况的损失特点开展了深入分析,在一定程度上揭示了跨声速压气机的损失分布和增长规律.采用新发展的模型对某高负荷跨声速转子进行了详细的计算,并与实验数据进行对比.结果表明,发展的性能预测模型和损失分析方法能够较为可靠地预测全流量工况下跨声速转子的总体性能与气动参数沿展向的分布,为跨声速压气机的特性预测提供了新的思路,具有较强的借鉴意义和工程实用价值.     

多级轴流压气机末级静子叶片串列改型方法及流动机理研究

针对多级轴流压气机末级静子叶片转折角大、角区分离严重、流动损失显著的问题,以某工业用6.5级轴流压气机末级静子为主要研究对象,提出了一种三维串列叶片几何参数化建模方法,能够实现对串列参数沿叶高分布规律、叶片弯掠等三维特征的灵活控制,以支持单列叶片向串列叶片的改型设计,并结合数值计算方法,开展了末级串列静子改型设计对压气机气动性能及内部流场的影响研究。结果表明：对6.5级轴流压气机,末级静子叶片由单列改为串列后,6.5级压气机设计工况绝热效率提高了0.965%,稳定工况范围有所拓宽;串列叶片缝隙区射流的流动局部加速作用能够抑制角区分离的周向和径向发展;相比机匣附近,轮毂附近串列参数的变化对压气机气动性能的影响更为显著,且周向交错度较轴向重叠度的影响更大。研究成果对多级环境下压气机三维串列叶片设计具有参考价值。     

复合桩基优化设计方法与工程验证

提出用基于Geddes应力解的分层总和法计算桩群分担荷载所引起的地基沉降，用基于Boussinesq解的分层总和法计算承台下土分担的荷载所引起的地基沉降，将两者之和作为桩基沉降量，结合一个具体的工程将该方法计算的沉降量和其它方法计算的沉降量及实测值进行对比，通过研究沉降量与各种因素的关系，对复合桩基的优化设计进行了探讨。     

多级跨声速轴流压气机几何参数化造型方法及增压特性分析

为发展高性能多级跨声速压气机先进设计体系,提出了压气机多圆弧叶型、多圆弧厚度分布叶型及修正NACA 6-系列叶型造型方法,利用NASA/GE研发的高效节能发动机E³高压压气机前6.5级的准三维设计数据,建立了相应的压气机三维几何参数化模型,并通过数值模拟研究了造型压气机在多个转速下的内部流动及增压特性。结果表明：在100%设计转速近最高效率点处,造型压气机的质量流量与设计目标及与原型压气机试验结果的误差分别为0.4%和0.6%,绝热效率的误差分别为1.9%和0.9%;造型压气机模拟及原型压气机试验所得总压比均低于设计目标;前排跨声转子叶片气动负荷过大导致激波脱体严重是压气机的主要设计不足,改善叶片气动负荷分布、缓解叶片溢流是提升压气机气动性能尤其是设计点总压比的有效方法。研究成果对开展多级跨声速压气机设计优化具有参考价值。     

不同造型方法下鼓包参数对跨声速压气机叶栅性能的影响

为探究鼓包造型方法及鼓包参数对跨声速平面叶栅气动性能的影响,利用Hicks-Henne函数、CST参数化方法、Parsec描形方法以及多项插值函数分别构造鼓包,并采用数值模拟方法对具有不同造型方法及参数构造鼓包的跨声速压气机平面叶栅进行仿真研究.结果表明:随着鼓包起始安装位置的后移,由不同造型方法构造鼓包的叶栅前缘激波...     

U型渡槽参数化有限元建模与智能优化设计研究

为推动U型渡槽的结构优化设计更好地向智能化、自动化发展,建立了一套结合参数化有限元分析程序及智能优化算法程序的结构优化设计系统。基于自主研发的大型有限元通用程序HSNAP,开发了参数化建模程序模块,实现了渡槽三维设计模型的参数化描述;结合多核并行技术,编制了并行化鲸鱼优化算法程序进行优化计算。结合某灌区U型渡槽工程,以混凝土用量最低为优化目标,采用所提出的结构优化设计系统对渡槽结构尺寸参数进行优化,分析结果表明,与原设计方案相比,优化方案能够满足结构的安全要求,并具有显著的经济效益。     

A_mO_n一体化工艺的脱氮除磷功能与优化设计

基于传统污水处理脱氮除磷工艺的原理设计出一体化脱氮除磷工艺.通过小试试验运行反应器并利用活性污泥2D模型对其进行设计优化.结果表明:反应器对生活污水中CODCr,NH3-N,总氮和总磷的去除率分别达到74.40%,93.15%,73.35%和33.20%.根据实验结果建立的工艺数学模型较好地模拟出了该反应器的功能,模型通过对反应器内厌氧、缺氧、好氧区的灵活组合可以实现对反应器的优化设计.该工艺占地面积小,出水能够达到国家二级排放标准,优化后能进一步提高出水水质.     

一种验证网格质量与CFD计算精度关系的方法

针对网格质量衡量准则与计算精度之间关系验证过程中的难题,提出一种准确验证它们之间关系的方法.该方法首先生成一系列不同单元数的网格,接着采用三维线性插值算法,获得相邻两套网格单元速度相对误差,当该误差小于某一阈值时,则认为此网格计算得到的数值解为网格独立解.此外,在网格独立解的基础之上,获得不完善网格中各单元的计算误差,并与各单元的度量值建立相应的数据库,采用不同的统计方法对其进行对比分析,获得它们之间的关系.研究结果表明:同质量衡量准则QEVS和QEAS相比,本文提出的质量衡量准则QNEW1和QNEW2在误差较大的区间内((E)re＞0.15),与计算精度有较好的关系.因此,在网格生成过程中,采用QNEW1和QNEW2能够正确地评判出对计算精度影响较大的单元,而QEVS和QEAS则不能.     

一种基于CFD理论船舶附加质量与阻尼的计算方法

以计算流体动力学(CFD)理论为基础,给出了一种船舶附加质量与阻尼的计算方法.对船体二维横剖面绕流进行了数值模拟,计算分析了不同振荡模态下浮体的附加质量与阻尼,并与相关势流理论结果进行了比较.研究表明,文中的方法能准确给出浮体运动时的附加质量和阻尼,比势流理论更具有可扩展性,比实验方法更易实现和控制,在船舶性能的分析预报等方面具有广阔的应用前景.     

一种电子设备电磁敏感性的仿真建模与优化设计方法

提出了一种电子设备内部电路的建模方法和基于该模型的优化设计方法.建模方法采用微粒群优化算法与误差反向传播算法相结合的网络训练方法,利用高频仿真软件构造的样本集,对3层神经网络进行训练.所建立的神经网络模型解决了电子设备在电磁敏感性仿真分析和优化设计中,仿真模型存在的计算量和存储量大的问题.优化设计方法采用微粒群算法的多目标优化方法,对内部电路参数进行优化设计,改变了以往寻优过程中穷尽式搜索的方式.仿真结果表明:所建立的神经网络仿真模型的仿真时间比高频仿真模型缩短了1000倍以上,优化设计后的电子设备的抗干扰能力也提高了6倍以上.     

基于特征造型的CAD／CAPP／CAM一体化方法

近年来,在制造业的发展过程中,为了实现设计、生产、加工三个环节数据和信息的自动传递和转换问题,CAD／CAPP／CAM一体化技术得到了迅猛的发展。但CAD系统只能完整地描述零件的几何信息,不包含任何产品属性信息,防碍了与数控工艺系统和数控加工系统的集成。本论述结合特征造型技术,探讨了回转体——轴的CAD／CAPP／CA...