透平葉片與汽輪機排汽系統(tǒng)氣動優(yōu)化設計方法研究.pdf

1、冷凝式汽輪機排汽系統(tǒng)是將低壓缸末級出口余速動能加以利用的關鍵部件。多年來，國內外學者對排汽系統(tǒng)幾何結構和進汽條件進行了實驗和數值研究，發(fā)現(xiàn)末級透平與排汽系統(tǒng)之間存在強烈的相互作用，因此建議對末級葉片和排汽系統(tǒng)進行一體化的優(yōu)化設計。而目前在設計末級葉片和排汽系統(tǒng)時，卻沒有考慮二者之間的相互作用，一體化優(yōu)化設計工作還處于起步階段。針對這一現(xiàn)狀，本文研究工作的目的是利用CFD技術和數值優(yōu)化方法對葉片和排汽系統(tǒng)氣動優(yōu)化設計方法進行研究，為開展一

2、體化優(yōu)化設計工作做準備。
　　 本文以軸流式透平和軸向-徑向排汽系統(tǒng)為研究對象，提出和改造了三維葉片、端壁子午型線以及軸向一徑向排汽系統(tǒng)參數化造型方法并開發(fā)了參數化、智能化造型程序，在此基礎之上實現(xiàn)了試驗設計方法、響應面近似建模方法和數值優(yōu)化算法相結合的優(yōu)化策略，并與參數化造型程序和CFD數值模擬軟件結合起來運用于葉片和排汽系統(tǒng)的氣動優(yōu)化設計與分析中。本文的工作主要有以下幾個部分：
　　 1.改造了二維葉型、三維葉片參數

3、化造型方法，提出了端壁子午面和軸向一徑向排汽系統(tǒng)的參數化方法，并在AutoCAD平臺上進行二次開發(fā)，實現(xiàn)了參數化、智能化的造型要求。研究結果表明，本文開發(fā)的方法和程序能夠滿足末級葉片和排汽系統(tǒng)氣動設計的要求。
　　 2.采用將試驗設計方法和響應面近似建模方法與優(yōu)化算法相結合的策略，確立了葉片和排汽系統(tǒng)的優(yōu)化策略和優(yōu)化流程。
　　 3.分別對二維葉型及環(huán)形葉柵積疊線進行優(yōu)化，驗證了葉片參數化方法和優(yōu)化策略的適用性，同時分析

4、了積疊線形狀對葉片總壓損失系數的影響。
　　 4.對排汽系統(tǒng)優(yōu)化設計的研究表明擴壓器設計參數對整個排汽系統(tǒng)壓力恢復性能影響很大，分析了在均勻和非均勻兩種入口條件下，多個方案的幾何結構特點和流動特點后，得到的結論是在直流、總壓均勻分布的入口條件下擴壓器外環(huán)入口處切角不宜過大，應取值于14°附近；而背板斜切是必要的，但斜切角度以8°左右為宜；而在入口條件帶有一定的漩流角，且總壓沿徑向的某種線性分布條件下，排汽系統(tǒng)工作性能相比均勻入口