專利名稱：一種用于控制氣流分離的葉片吸力面凹槽設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及葉輪機(jī)械領(lǐng)域，具體為一種用于控制氣流分離的葉片吸力面凹槽設(shè)計(jì)方法。
背景技術(shù)：
當(dāng)今社會(huì)，葉輪機(jī)械日益在國(guó)防科技領(lǐng)域中發(fā)揮著重要的作用，它是航空、航天、 航海、能源、化工等領(lǐng)域的重要部件。葉片是葉輪機(jī)械的重要組成部分，葉輪機(jī)械主要通過葉片來實(shí)現(xiàn)對(duì)外界介質(zhì)地做功。因此，葉片的做功能力決定了葉輪機(jī)械的效率。提高葉片的做功能力符合當(dāng)今社會(huì)節(jié)能減排的主題，對(duì)于緩解能源危機(jī)、實(shí)行可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略具有
重大意義。隨著壓氣機(jī)、渦輪做功能力的不斷提高以及對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定工作欲度要求的不斷提升，葉片吸力面氣流受到逆壓梯度和大攻角進(jìn)氣條件的共同作用，其附面層氣流具有較強(qiáng)的分離趨勢(shì)。因而，近些年來，圍繞著葉片附面層流動(dòng)控制，人們進(jìn)行了大量的研究。其中在葉片表面附面層轉(zhuǎn)捩控制中，提到了球窩、凹槽等壁面凹陷處理技術(shù)。合理的型面凹槽設(shè)計(jì)可以降低葉型吸力面上氣流的分離程度、減小氣流的能量損失，改善葉柵通道內(nèi)的流動(dòng)阻塞狀況，擴(kuò)大基元葉型的可用攻角范圍，從而達(dá)到擴(kuò)大葉片穩(wěn)定工作范圍，提高葉片效率和壓比的目的。由于在航空發(fā)動(dòng)機(jī)或者其他葉輪機(jī)械中，葉片所占的重量比重較大。型面凹槽的存在客觀上實(shí)現(xiàn)了對(duì)葉輪機(jī)械的減重，對(duì)于提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)的推重比、降低燃油消耗率有重要意義。在文獻(xiàn)Robarge T W，Stark A M，Min S K，et al. Design consideration for using indented surface treatment to control boundary layer separation [R] AIAA-2004-425，2004 中，Robarge 等人歸納總結(jié)了壁面凹陷的最佳幾何參數(shù)范圍，凹陷處理的最佳深度以及最佳深寬比，并且對(duì)NACA0015葉型表面施加了二維形式的展向凹槽處理，驗(yàn)證了基于表面凹槽處理的被動(dòng)控制策略的控制效果以及相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)的最優(yōu)化。但是Robarge等人提出的壁面凹陷處理位于葉型吸力面層流分離點(diǎn)之前，通過壁面凹槽改變附面層的轉(zhuǎn)捩點(diǎn)，進(jìn)而縮短了層流附面層從分離到再附著之間的區(qū)域，達(dá)到減小附面層分離區(qū)的目的。隨著葉型攻角變大，當(dāng)整個(gè)吸力面幾乎全部為湍流流動(dòng)時(shí)，這種處理技術(shù)就沒有任何抑制附面層分離的效果了。

發(fā)明內(nèi)容
要解決的技術(shù)問題為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，克服現(xiàn)有葉片壁面凹槽處理的局限性，本發(fā)明提出了一種用于控制氣流分離的葉片吸力面凹槽設(shè)計(jì)方法。技術(shù)方案本發(fā)明的技術(shù)方案為所述一種用于控制氣流分離的葉片吸力面凹槽設(shè)計(jì)方法，其特征在于包括以下步驟
步驟I :確定凹槽起始點(diǎn)初始位置、凹槽在葉片吸力面型線上的初始投影長(zhǎng)度和描述凹槽曲線的初始函數(shù)方程；所述凹槽起始點(diǎn)初始位置處于分離區(qū)發(fā)展階段在葉片吸力面上的投影范圍內(nèi)，所述分離區(qū)發(fā)展階段在葉片吸力面上的投影范圍為吸力面上附面層分離點(diǎn)后的一段區(qū)域，該段區(qū)域的型線長(zhǎng)度不超過原始葉片吸力面型線長(zhǎng)度的40% ;所述凹槽在原始葉片吸力面型線上的初始投影長(zhǎng)度不超過原始葉片吸力面型線長(zhǎng)度的20% ;初始凹槽曲線由任意函數(shù)形式的單段或多段的曲線或折線組成，且要求凹槽曲線只在兩端端點(diǎn)處與葉片吸力面型線光滑連接，連接處一階導(dǎo)數(shù)連續(xù)；步驟2 :采用遺傳算法對(duì)凹槽進(jìn)行優(yōu)化，以凹槽起始點(diǎn)位置，凹槽在葉片吸力面型線上的投影長(zhǎng)度和描述凹槽曲線的函數(shù)方程作為優(yōu)化變量，凹槽起始點(diǎn)位置的變化范圍為分離區(qū)發(fā)展階段在葉片吸力面上的投影范圍，凹槽在葉片吸力面型線上的投影長(zhǎng)度的變化范圍為原始葉片吸力面型線長(zhǎng)度的20%，描述凹槽曲線的函數(shù)方程的邊界條件為凹槽曲線只在兩端端點(diǎn)處與葉片吸力面型線光滑連接，連接處一階導(dǎo)數(shù)連續(xù)；計(jì)算葉柵通道的流場(chǎng)特性，以葉柵通道的靜壓升、總壓恢復(fù)系數(shù)、總壓系數(shù)和氣流轉(zhuǎn)折角四個(gè)參數(shù)中的一個(gè)以上參數(shù)作為遺傳算法中適應(yīng)度函數(shù)的變量，以使適應(yīng)度函數(shù)達(dá)到最大值的優(yōu)化變量組合作為凹槽的造型參數(shù)。有益效果本發(fā)明通過在葉片基元葉型的吸力面上進(jìn)行型面凹槽處理，可以明顯的改善葉柵通道內(nèi)的流動(dòng)情況，減小甚至消除通道內(nèi)的氣流分離區(qū)，提高通道的效率和總壓恢復(fù)系數(shù)， 降低通道的損失系數(shù)，改善基元葉型的大攻角特性，擴(kuò)大基元葉型的可用攻角范圍。同時(shí)， 與原始葉型相比，凹槽設(shè)計(jì)可以減輕葉片的重量。也間接的提高了發(fā)動(dòng)機(jī)推重比，降低了燃油消耗率。


圖I是一種原始基元葉型圖；圖2是一種凹槽處理后的基元葉型圖；圖3是吸力面型面凹槽的局部放大圖；圖4是基元葉型葉柵通道圖；圖5是葉柵通道流線圖；圖6是實(shí)施例I的原始基元葉型示意圖；圖7是實(shí)施例I的原始基元葉型葉柵通道流線圖；圖8是實(shí)施例I的最優(yōu)凹槽設(shè)計(jì)方案；圖9是實(shí)施例I中最優(yōu)凹槽內(nèi)部渦結(jié)構(gòu)。其中1、葉片吸力面；2、葉片壓力面；3、型面控制點(diǎn)；4、凹槽；5、氣流分離區(qū)；6、 分離區(qū)發(fā)展階段。A、B、C、D為拋物線端點(diǎn)；E為拋物線控制點(diǎn)。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例描述本發(fā)明實(shí)施例I :本實(shí)施例以某葉柵基元葉型(如附圖5所示)為設(shè)計(jì)對(duì)象。該基元葉型的設(shè)計(jì)進(jìn)口馬赫數(shù)為0. 7，臨界攻角為8°。要在原始基元葉型的葉片吸力面I上進(jìn)行凹槽4的設(shè)計(jì)， 首先需要確定凹槽起始點(diǎn)初始位置、凹槽在葉片吸力面型線上的初始投影長(zhǎng)度和描述凹槽曲線的初始函數(shù)方程。要確定凹槽起始點(diǎn)初始位置，需要對(duì)原始基元葉型葉柵通道流場(chǎng)進(jìn)行計(jì)算分析。 將凹槽起始點(diǎn)初始位置選在分離區(qū)發(fā)展階段在葉片吸力面上的投影范圍內(nèi)，所述分離區(qū)發(fā)展階段在葉片吸力面上的投影范圍為吸力面上附面層分離點(diǎn)后的一段區(qū)域，該段區(qū)域的型線長(zhǎng)度不超過原始葉片吸力面型線長(zhǎng)度的40%。通過CFD軟件計(jì)算得到本實(shí)施例中基元葉型葉柵通道的流線圖如圖6所示，從圖中可知，本實(shí)施例中附面層分離區(qū)存在于整個(gè)基元葉型的吸力面上，因此凹槽4的起始位置A選擇在吸力面型線的前40%內(nèi)。凹槽4在原始葉片吸力面型線上的初始投影長(zhǎng)度不超過原始葉片吸力面型線長(zhǎng)度的20%.本實(shí)施例中，初始凹槽曲線由三段拋物線AB、BC、CD組成。曲線AB與吸力面在A 點(diǎn)處連接且一階導(dǎo)數(shù)連續(xù)；曲線⑶與吸力面在D點(diǎn)處連且一階導(dǎo)數(shù)連續(xù)；曲線BC分別與曲線AB、BC相連，且在連接點(diǎn)B、C處一階導(dǎo)數(shù)連續(xù)；曲線BC經(jīng)過控制點(diǎn)E。BC段拋物線控制點(diǎn)E的橫坐標(biāo)包含在點(diǎn)A、D的橫坐標(biāo)范圍之內(nèi)；E點(diǎn)到原始基元葉型吸力面I的垂直距離為點(diǎn)A、D處基元葉型厚度算術(shù)平均值的0 0. 5倍之間。上述過程確定了凹槽設(shè)計(jì)的初始參數(shù)值，為了得到此范圍內(nèi)最優(yōu)的型面凹槽設(shè)計(jì)，需要采用遺傳算法進(jìn)行尋優(yōu)計(jì)算來確定設(shè)計(jì)參數(shù)。遺傳算法中，采用凹槽起始點(diǎn)位置A， 凹槽在葉片吸力面型線上的投影長(zhǎng)度和描述凹槽曲線的函數(shù)方程作為優(yōu)化變量，本實(shí)施例中，可將描述凹槽曲線的函數(shù)方程化簡(jiǎn)為BC段拋物線控制點(diǎn)E的位置。而優(yōu)化變量的邊界條件為凹槽起始點(diǎn)位置的變化范圍為分離區(qū)發(fā)展階段在葉片吸力面上的投影范圍，凹槽在葉片吸力面型線上的投影長(zhǎng)度的變化范圍為原始葉片吸力面型線長(zhǎng)度的20%，描述凹槽曲線的函數(shù)方程的邊界條件為凹槽曲線只在兩端端點(diǎn)處與葉片吸力面型線光滑連接，連接處一階導(dǎo)數(shù)連續(xù)。利用SI流場(chǎng)求解器計(jì)算優(yōu)化過程中，不同凹槽情況下葉柵通道的流場(chǎng)特性，以葉柵通道的靜壓升、總壓恢復(fù)系數(shù)、總壓系數(shù)和氣流轉(zhuǎn)折角四個(gè)參數(shù)中的一個(gè)以上參數(shù)作為遺傳算法中適應(yīng)度函數(shù)的變量，設(shè)置種群數(shù)為50 200、遺傳代數(shù)為50 500、交叉概率為 0. 5 0. 9、變異概率為0. 01 0. 1，進(jìn)過遺傳進(jìn)化后，得到使適應(yīng)度函數(shù)達(dá)到最大值的優(yōu)化
變量組合作為凹槽的造型參數(shù)。其中，總壓系數(shù)=(<-巧)/ -巧)，if為葉柵通道進(jìn)口總壓，<為葉柵通道出口總壓，P2為葉柵通道出口靜壓。、本實(shí)施例中，采用了串行運(yùn)算的TSGA遺傳算法，選擇策略采用輪盤賭模型，交叉概率為0. 7，變異概率為0. 06，種群數(shù)為100，遺傳代數(shù)為150。為實(shí)現(xiàn)葉型的高靜壓升、低損失性能，適應(yīng)度函數(shù)Fitness采用葉柵通道總壓恢復(fù)系數(shù)、靜壓升以及總壓系數(shù)的函數(shù)。Fitness = 0. 5X總壓恢復(fù)系數(shù)+0. 2X靜壓升+0. 3X總壓系數(shù)。通過遺傳算法優(yōu)化得到的最大適應(yīng)度為0. 76646，所對(duì)應(yīng)的凹槽形狀如圖7所示。采用此凹槽設(shè)計(jì)后，葉柵通道的流線圖如圖8所示。與圖6對(duì)比可知葉柵通道內(nèi)的氣流分離區(qū)域明顯減小，大漩渦結(jié)構(gòu)基本消失，凹槽內(nèi)部的渦結(jié)構(gòu)如圖9所示。葉柵通道內(nèi)的流動(dòng)情況得到了很大的改善。葉柵通道內(nèi)的總壓恢復(fù)系數(shù)由0. 92809提高到0. 93467，靜壓升變化不大，總壓系數(shù)由0. 68501提高到0. 71384。實(shí)施例2 本實(shí)施例以某葉柵基元葉型為設(shè)計(jì)對(duì)象。該基元葉型的設(shè)計(jì)進(jìn)口馬赫數(shù)為0. 5,臨界攻角為8°。要在原始基元葉型的葉片吸力面上進(jìn)行凹槽的設(shè)計(jì)，首先需要確定凹槽起始點(diǎn)初始位置、凹槽在葉片吸力面型線上的初始投影長(zhǎng)度和描述凹槽曲線的初始函數(shù)方程。要確定凹槽起始點(diǎn)初始位置，需要對(duì)原始基元葉型葉柵通道流場(chǎng)進(jìn)行計(jì)算分析。 將凹槽起始點(diǎn)初始位置選在分離區(qū)發(fā)展階段在葉片吸力面上的投影范圍內(nèi)，所述分離區(qū)發(fā)展階段在葉片吸力面上的投影范圍為吸力面上附面層分離點(diǎn)后的一段區(qū)域，該段區(qū)域的型線長(zhǎng)度不超過原始葉片吸力面型線長(zhǎng)度的40%。通過CFD軟件計(jì)算得到本實(shí)施例中基元葉型葉柵通道內(nèi)的速度矢量圖，從圖中可知，本實(shí)施例中附面層分離區(qū)始于基元葉型吸力面的20%處，因此凹槽的起始位置選擇在吸力面型線的20% 60%內(nèi)。凹槽在原始葉片吸力面型線上的初始投影長(zhǎng)度不超過原始葉片吸力面型線長(zhǎng)度的 20%。本實(shí)施例中，初始凹槽曲線由三段拋物線AB、BC、CD組成。曲線AB與吸力面在A 點(diǎn)處連接且一階導(dǎo)數(shù)連續(xù)；曲線⑶與吸力面在D點(diǎn)處連且一階導(dǎo)數(shù)連續(xù)；曲線BC分別與曲線AB、BC相連，且在連接點(diǎn)B、C處一階導(dǎo)數(shù)連續(xù)；曲線BC經(jīng)過控制點(diǎn)E。BC段拋物線控制點(diǎn)E的橫坐標(biāo)包含在點(diǎn)A、D的橫坐標(biāo)范圍之內(nèi)；E點(diǎn)到原始基元葉型吸力面I的垂直距離為點(diǎn)A、D處基元葉型厚度算術(shù)平均值的0 0. 5倍之間。上述過程確定了凹槽設(shè)計(jì)的初始參數(shù)值，為了得到此范圍內(nèi)最優(yōu)的型面凹槽設(shè)計(jì)，需要采用遺傳算法進(jìn)行尋優(yōu)計(jì)算來確定設(shè)計(jì)參數(shù)。遺傳算法中，采用凹槽起始點(diǎn)位置A， 凹槽在葉片吸力面型線上的投影長(zhǎng)度和描述凹槽曲線的函數(shù)方程作為優(yōu)化變量，本實(shí)施例中，可將描述凹槽曲線的函數(shù)方程化簡(jiǎn)為BC段拋物線控制點(diǎn)E的位置。而優(yōu)化變量的邊界條件為凹槽起始點(diǎn)位置的變化范圍為分離區(qū)發(fā)展階段在葉片吸力面上的投影范圍，凹槽在葉片吸力面型線上的投影長(zhǎng)度的變化范圍為原始葉片吸力面型線長(zhǎng)度的20%，描述凹槽曲線的函數(shù)方程的邊界條件為凹槽曲線只在兩端端點(diǎn)處與葉片吸力面型線光滑連接，連接處一階導(dǎo)數(shù)連續(xù)。利用SI流場(chǎng)求解器計(jì)算優(yōu)化過程中，不同凹槽情況下葉柵通道的流場(chǎng)特性，以葉柵通道的靜壓升、總壓恢復(fù)系數(shù)、總壓系數(shù)和氣流轉(zhuǎn)折角四個(gè)參數(shù)中的一個(gè)以上參數(shù)作為遺傳算法中適應(yīng)度函數(shù)的變量，設(shè)置種群數(shù)為50 200、遺傳代數(shù)為50 500、交叉概率為 0. 5 0. 9、變異概率為0. 01 0. 1，進(jìn)過遺傳進(jìn)化后，得到使適應(yīng)度函數(shù)達(dá)到最大值的優(yōu)化變量組合作為凹槽的造型參數(shù)。其中，總壓系數(shù)=(<-巧)/ -巧)，if為葉柵通道進(jìn)口總壓，<為葉柵通道出口總壓，P2為葉柵通道出口靜壓。、本實(shí)施例中，采用了串行運(yùn)算的TSGA遺傳算法，選擇策略采用輪盤賭模型，交叉概率為0. 5,變異概率為0. 02,種群數(shù)為60,遺傳代數(shù)為70。為實(shí)現(xiàn)葉型的大氣流轉(zhuǎn)角、低損失性能，適應(yīng)度函數(shù)Fitness為葉柵通道總壓恢復(fù)系數(shù)、氣流轉(zhuǎn)折角以及總壓系數(shù)的函數(shù)。Fitness = 0. 35X總壓恢復(fù)系數(shù)+0. OlX氣流轉(zhuǎn)折角+0. 25X總壓系數(shù)。通過遺傳算法優(yōu)化得到的最大適應(yīng)度為I. 06287。采用此凹槽設(shè)計(jì)后，葉柵通道內(nèi)的氣流分離區(qū)域明顯減小，大漩渦結(jié)構(gòu)基本消失，凹槽內(nèi)部有漩渦結(jié)構(gòu)存在。葉柵通道內(nèi)的流動(dòng)情況得到了很大的改善。葉柵通道內(nèi)的總壓恢復(fù)系數(shù)由0.96847提高到0.97312，氣流轉(zhuǎn)折角由51.3°提高到52. 1°，總壓系數(shù)由 0. 77138 提高至Ij 0. 8051。實(shí)施例3 本實(shí)施例以某葉柵基元葉型為設(shè)計(jì)對(duì)象。該基元葉型的設(shè)計(jì)進(jìn)口馬赫數(shù)為0. 6,臨界攻角為7°。要在原始基元葉型的葉片吸力面上進(jìn)行凹槽的設(shè)計(jì)，首先需要確定凹槽起始點(diǎn)初始位置、凹槽在葉片吸力面型線上的初始投影長(zhǎng)度和描述凹槽曲線的初始函數(shù)方程。要確定凹槽起始點(diǎn)初始位置，需要對(duì)原始基元葉型葉柵通道流場(chǎng)進(jìn)行計(jì)算分析。 將凹槽起始點(diǎn)初始位置選在分離區(qū)發(fā)展階段在葉片吸力面上的投影范圍內(nèi)，所述分離區(qū)發(fā)展階段在葉片吸力面上的投影范圍為吸力面上附面層分離點(diǎn)后的一段區(qū)域，該段區(qū)域的型線長(zhǎng)度不超過原始葉片吸力面型線長(zhǎng)度的40%。通過CFD軟件計(jì)算得到本實(shí)施例中基元葉型葉柵通道內(nèi)的速度矢量圖，從圖中可知，本實(shí)施例中附面層分離區(qū)始于基元葉型吸力面的15%處，因此凹槽的起始位置選擇在吸力面型線的15% 55%內(nèi)。凹槽在原始葉片吸力面型線上的初始投影長(zhǎng)度不超過原始葉片吸力面型線長(zhǎng)度的 20%。本實(shí)施例中，初始凹槽曲線由三段拋物線AB、BC、CD組成。曲線AB與吸力面在A 點(diǎn)處連接且一階導(dǎo)數(shù)連續(xù)；曲線⑶與吸力面在D點(diǎn)處連且一階導(dǎo)數(shù)連續(xù)；曲線BC分別與曲線AB、BC相連，且在連接點(diǎn)B、C處一階導(dǎo)數(shù)連續(xù)；曲線BC經(jīng)過控制點(diǎn)E。BC段拋物線控制點(diǎn)E的橫坐標(biāo)包含在點(diǎn)A、D的橫坐標(biāo)范圍之內(nèi)；E點(diǎn)到原始基元葉型吸力面I的垂直距離為點(diǎn)A、D處基元葉型厚度算術(shù)平均值的0 0. 5倍之間。上述過程確定了凹槽設(shè)計(jì)的初始參數(shù)值，為了得到此范圍內(nèi)最優(yōu)的型面凹槽設(shè)計(jì)，需要采用遺傳算法進(jìn)行尋優(yōu)計(jì)算來確定設(shè)計(jì)參數(shù)。遺傳算法中，采用凹槽起始點(diǎn)位置A， 凹槽在葉片吸力面型線上的投影長(zhǎng)度和描述凹槽曲線的函數(shù)方程作為優(yōu)化變量，本實(shí)施例中，可將描述凹槽曲線的函數(shù)方程化簡(jiǎn)為BC段拋物線控制點(diǎn)E的位置。而優(yōu)化變量的邊界條件為凹槽起始點(diǎn)位置的變化范圍為分離區(qū)發(fā)展階段在葉片吸力面上的投影范圍，凹槽在葉片吸力面型線上的投影長(zhǎng)度的變化范圍為原始葉片吸力面型線長(zhǎng)度的20%，描述凹槽曲線的函數(shù)方程的邊界條件為凹槽曲線只在兩端端點(diǎn)處與葉片吸力面型線光滑連接，連接處一階導(dǎo)數(shù)連續(xù)。利用SI流場(chǎng)求解器計(jì)算優(yōu)化過程中，不同凹槽情況下葉柵通道的流場(chǎng)特性，以葉柵通道的靜壓升、總壓恢復(fù)系數(shù)、總壓系數(shù)和氣流轉(zhuǎn)折角四個(gè)參數(shù)中的一個(gè)以上參數(shù)作為遺傳算法中適應(yīng)度函數(shù)的變量，設(shè)置種群數(shù)為50 200、遺傳代數(shù)為50 500、交叉概率為 0. 5 0. 9、變異概率為0. 01 0. 1，進(jìn)過遺傳進(jìn)化后，得到使適應(yīng)度函數(shù)達(dá)到最大值的優(yōu)化
變量組合作為凹槽的造型參數(shù)。其中，總壓系數(shù)=(<-巧)/(if-巧)，< 為葉柵通道進(jìn)口總壓，<為葉柵通道出口總壓，P2為葉柵通道出口靜壓。、本實(shí)施例中，采用了串行運(yùn)算的TSGA遺傳算法，選擇策略采用輪盤賭模型，交叉概率為0. 8,變異概率為0. 09,種群數(shù)為200,遺傳代數(shù)為500。為實(shí)現(xiàn)葉型的低損失性能，適應(yīng)度函數(shù)Fitness為葉柵通道總壓恢復(fù)系數(shù)和總壓系數(shù)的函數(shù)。Fitness = 0. 55X總壓恢復(fù)系數(shù)+0. 45X總壓系數(shù)。
通過遺傳算法優(yōu)化得到的最大適應(yīng)度為0. 86546。采用此凹槽設(shè)計(jì)后，葉柵通道內(nèi)的氣流分離區(qū)域明顯減小，大漩渦結(jié)構(gòu)基本消失， 凹槽內(nèi)部有漩渦結(jié)構(gòu)存在。葉柵通道內(nèi)的流動(dòng)情況得到了很大的改善。葉柵通道內(nèi)的總壓恢復(fù)系數(shù)由0. 94527提高至Ij 0. 95106，總壓系數(shù)由0. 73254提高到0. 76084。
權(quán)利要求
1.一種用于控制氣流分離的葉片吸力面凹槽設(shè)計(jì)方法，其特征在于包括以下步驟 步驟I:確定凹槽起始點(diǎn)初始位置、凹槽在葉片吸力面型線上的初始投影長(zhǎng)度和描述凹槽曲線的初始函數(shù)方程；所述凹槽起始點(diǎn)初始位置處于分離區(qū)發(fā)展階段在葉片吸力面上的投影范圍內(nèi)，所述分離區(qū)發(fā)展階段在葉片吸力面上的投影范圍為吸力面上附面層分離點(diǎn)后的一段區(qū)域，該段區(qū)域的型線長(zhǎng)度不超過原始葉片吸力面型線長(zhǎng)度的40% ;所述凹槽在原始葉片吸力面型線上的初始投影長(zhǎng)度不超過原始葉片吸力面型線長(zhǎng)度的20% ;初始凹槽曲線由任意函數(shù)形式的單段或多段的曲線或折線組成，且要求凹槽曲線只在兩端端點(diǎn)處與葉片吸力面型線光滑連接，連接處一階導(dǎo)數(shù)連續(xù)；步驟2 :采用遺傳算法對(duì)凹槽進(jìn)行優(yōu)化，以凹槽起始點(diǎn)位置，凹槽在葉片吸力面型線上的投影長(zhǎng)度和描述凹槽曲線的函數(shù)方程作為優(yōu)化變量，凹槽起始點(diǎn)位置的變化范圍為分離區(qū)發(fā)展階段在葉片吸力面上的投影范圍，凹槽在葉片吸力面型線上的投影長(zhǎng)度的變化范圍為原始葉片吸力面型線長(zhǎng)度的20%，描述凹槽曲線的函數(shù)方程的邊界條件為凹槽曲線只在兩端端點(diǎn)處與葉片吸力面型線光滑連接，連接處一階導(dǎo)數(shù)連續(xù)；計(jì)算葉柵通道的流場(chǎng)特性， 以葉柵通道的靜壓升、總壓恢復(fù)系數(shù)、總壓系數(shù)和氣流轉(zhuǎn)折角四個(gè)參數(shù)中的一個(gè)以上參數(shù)作為遺傳算法中適應(yīng)度函數(shù)的變量，得到使適應(yīng)度函數(shù)達(dá)到最大值的優(yōu)化變量組合作為凹槽的造型參數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種用于控制氣流分離的葉片吸力面凹槽設(shè)計(jì)方法。首先，確定凹槽起始點(diǎn)初始位置、凹槽在葉片吸力面型線上的初始投影長(zhǎng)度和描述凹槽曲線的初始函數(shù)方程；其次采用遺傳算法對(duì)凹槽進(jìn)行優(yōu)化，以凹槽起始點(diǎn)位置，凹槽在葉片吸力面型線上的投影長(zhǎng)度和描述凹槽曲線的函數(shù)方程作為優(yōu)化變量，以葉柵通道的靜壓升、總壓恢復(fù)系數(shù)、總壓系數(shù)和氣流轉(zhuǎn)折角作為遺傳算法中適應(yīng)度函數(shù)的變量，以使適應(yīng)度函數(shù)達(dá)到最大值的優(yōu)化變量組合作為凹槽的造型參數(shù)。本發(fā)明可以明顯的改善葉柵通道內(nèi)的流動(dòng)情況，減小甚至消除通道內(nèi)的氣流分離區(qū)，提高通道的效率和總壓恢復(fù)系數(shù)，降低通道的損失系數(shù)，改善基元葉型的大攻角特性，擴(kuò)大基元葉型的可用攻角范圍。
文檔編號(hào)F01D5/14GK102587998SQ20121004347
公開日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月24日
發(fā)明者劉波, 史磊, 張國(guó)臣, 曹志遠(yuǎn), 王雷 申請(qǐng)人:西北工業(yè)大學(xué)