[发明专利]带支板高低压涡轮过渡流道优化设计方法

摘要

本发明公开了一种带支板高低压涡轮过渡流道优化设计方法，用于解决现有涡轮过渡流道设计方法设计的过渡流道，燃气流在过渡流道中发生分离而造成流动损失大的技术问题。技术方案是首先通过一维设计确定涡轮间过渡流道的几何形状，采用贝塞尔曲线构建满足一维设计结果的端壁型线方程，进一步叠加所构造好的支板。继而随机生成机匣和轮毂的几何参数，并生成新的型线。以压力恢复系数和总压恢复系数的加权平均为优化目标函数，并以压力恢复系数梯度小于优化前压力恢复系数梯度为约束条件，采用小生境遗传算法进行优化。由于采用小生境遗传算法对高低压涡轮过渡流道进行优化设计，解决了现有方法所设计的过渡流道燃气流动损失大的技术问题。

主权项

一种带支板高低压涡轮过渡流道优化设计方法，其特征在于包括以下步骤：通过一维设计确定涡轮过渡流道的几何形状，根据一维设计结果将涡轮过渡流道的机匣及轮毂型线分别用两条带有5个控制点的4阶贝塞尔曲线来构建，每条曲线的参数化方程为x(t)=Σi=04C4iti(1-t)4-i(t)xiy(t)=Σi=04C4iti(1-t)4-i(t)yi---(1)]]>式中，是二项式系数；是Bernstein多项式；m是多项式的阶数；t是曲线的控制参数，其取值范围为0到1；xi是控制点横坐标；yi是控制点纵坐标；将已设计好的支板与上述新生成的涡轮过渡流道相叠加；在适当范围内随机变化控制点坐标，利用贝塞尔曲线生成新的涡轮过渡流道几何型线；对定常、无黏、轴对称的流动的径向平衡方程积分可求得沿计算站的子午速度分布；公式(2)为径向平衡方程的线性常微分形式；方程中式A(l)如公式(3)所示，B(l)如公式(4)所示；dcm2dl+A(l)cm2=B(l)---(2)]]>式中，cm是子午速度；rc是流线曲率半径；是流线倾斜角；γ是计算站径向夹角；m是子午方向；ε是叶片倾斜角；Wθ是相对切向速度；l是计算站方向；Ω是转子旋转角速度；I是转焓；s是熵；Fθ是叶片切向力；β是相对流动角；T是静温；优化目标函数为minobj=w1ωωref+w2/cpcpref---(5)]]>式中，w1是总压损失系数权因子；w2是静压恢复系数权因子；ω是总压损失系数；cp是静压恢复系数，ωref是参考总压损失系数；cpref是参考静压恢复系数；约束条件为|dcpdx|max<|dcpdx|original,max---(6)]]>式中，cp是静压恢复系数；x是涡轮过渡流道轴向坐标；采用带约束的小生境遗传算法优化求得新的型面方程，以给定进化代数为优化结束标志，达到指定进化代数则优化结束；否则生成新的控制点坐标，重复自生成新贝塞尔曲线开始的优化过程。