摘要：针对轻量化、紧凑化、高效化的向心叶轮设计需求,对5.0大膨胀比向心涡轮进行三维多目标优化。首先,基于iSIGHT,集成Numeca,CFX软件及自编程序,搭建了三维气动优化集成系统,实现向心涡轮流道、叶片的参数化、网格划分、数值计算及三维结果的自动处理与优化,且其所需的存储空间仅为原优化系统的2.4%,极大地降低了对计算机存储空间的要求;其次,针对向心叶轮造型参数众多所导致的优化规模巨大问题,采用试验设计方法(DOE)详细地开展了流道、叶片的控制参数对涡轮性能的影响研究,得到造型参数对涡轮效率的贡献度,继而给出了优化变量的选取依据,从102个造型参数中选取23个作为优化变量,减少了优化的盲目性,缩短了优化时长,极大地减轻了工作量,提高了优化效率;最后,考虑涡轮性能、排气损失以及叶轮轻量紧凑化的需求,以涡轮总对静效率ηts,级出口气流角α6及叶片的表面积A作为优化目标,采用NSGA-Ⅱ算法进行多目标优化并探讨相应机理。优化后,叶轮的轴向长度缩短了8.09%,叶片的表面积减小了8.46%,有效降低了叶轮的尺寸及重量;在保持涡轮进口流函数和膨胀比基本不变的情况下,设计点涡轮总对静效率提高了0.1%,级出口绝对气流角仅降低1°,且不同转速下涡轮的性能基本保持不变。以上研究表明,该三维优化系统和多目标优化方法的有效性。

摘要：针对某大转差对转涡轮性能提升需求,首先,分析了原燃气涡轮性能的不足,确定优化一体化过渡段(IITD)作为性能提升的手段;其次,基于iSIGHT2020,集成Numeca13、CFX19及自编程序,搭建了三维气动优化平台,其所需的计算机存储空间仅为原优化系统的9.42%,极大地降低对存储空间的要求;最后,考虑上游级出口气流参数、涡轮进口流量、对转涡轮级间、级内功分配,并兼顾与下游低压涡轮动叶适配性这5个约束条件,基于该优化平台,对IITD进行多目标气动优化。结果表明:满足上述5个约束条件,IITD总压恢复系数提高1.27%,IITD进口至叶片前缘,叶片最大厚度至IITD出口这两个区域的损失占总损失的比例达66.0%以上;低压涡轮功率提高0.78%,效率提高0.28%;燃气涡轮功率提高0.23%,效率提高0.17%。非设计点工况,IITD总压恢复系数及低压涡轮性能也均得到提升。