网格参数化方法及基于该网格参数化方法的轴流涡轮气动优化设计方法技术

技术编号:19009332 阅读:59 留言:0更新日期:2018-09-22 09:10
本公开提供一种网格参数化方法,该方法包括根据叶轮机械气动分析网格的结构特点,将三维气动分析网格分解为不同叶展高度的二维截面气动分析网格;设计二维截面气动分析网格控制体的拓扑结构,建立叶片设计参数与控制体节点坐标位移之间的关系;根据设计参数与控制体节点坐标位移之间的关系将二维截面气动分析网格参数化;在二维截面气动分析网格参数化的基础上,建立不同叶展高度的控制体;根据设计参数与不同叶展高度的控制体节点坐标位移之间的关系将三维气动分析网格参数化。本公开提供的网格参数化方法,控制点坐标移动与叶片设计参数相关联,能有效保证网格在变形过程中的网格质量,从而保证气动分析精度。

Mesh parameterization method and aerodynamic optimization design method for axial flow turbine based on the grid parameterization method

The present disclosure provides a grid parameterization method, which includes decomposing a three-dimensional aerodynamic analysis grid into a two-dimensional cross-section aerodynamic analysis grid with different blade spans according to the structural characteristics of a turbomachinery aerodynamic analysis grid, designing a topological structure of a two-dimensional cross-section aerodynamic analysis grid control body, and establishing blade design parameters and control. Based on the relationship between design parameters and coordinate displacement of control nodes, the two-dimensional cross-section aerodynamic analysis grid is parameterized; on the basis of the parameterization of two-dimensional cross-section aerodynamic analysis grid, the controllers with different blade spanning heights are established; and the controllers with different blade spanning heights are established according to the relationship between design parameters and coordinate displacement of control nodes. The relationship between nodal coordinate displacement and three-dimensional aerodynamic analysis grid is parameterized. The mesh parameterization method provided in the present disclosure can effectively guarantee the mesh quality in the process of deformation and the accuracy of aerodynamic analysis.

【技术实现步骤摘要】
网格参数化方法及基于该网格参数化方法的轴流涡轮气动优化设计方法
本公开属于结构设计
,尤其涉及一种网格参数化方法,以及基于该网格参数化方法的轴流涡轮气动优化设计方法。
技术介绍
叶轮机械被广泛应用于航空推进、舰船推进、工业发电等领域,是世界各国重点发展的高端装备。作为叶轮机械的核心部件,叶片直接决定了叶轮机械整机效率、功率等。为了尽可能提高叶轮机械的性能,现代叶轮机械往往通过优化获得最佳设计方案。以往进行叶轮机械气动优化迭代时,需要根据造型设计方法生成叶片的气动外形,利用网格划分工具生成气动分析网格,调用计算流体力学程序进行气动分析;在优化过程中,气动外形和网格划分只能采用自动化方法生成;而自动化的网格划分,往往只能进行简单的网格划分,很难获取高质量的分析网格。伴随着叶轮机械气动性能的提高,叶轮机械流动速度越来越高、内部流动越来越复杂,需要进行精细化的网格划分才能捕捉边界层、叶顶泄露、尾迹等流动特征。但是优化过程中自动化划分生成的网格质量难以保证气动分析的精度。因此,有必要提出一种网格参数化方法用以解决上述问题。需要说明的是,在上述
技术介绍
部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解,因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
技术实现思路
本公开的目的在于提供一种网格参数化方法及基于该网格参数化方法的轴流涡轮气动优化设计方法,进而至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的一个或者多个问题。本公开的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然,或部分地通过本公开的实践而习得。根据本公开的一个方面,提供一种网格参数化方法,包括:根据叶轮机械气动分析网格的结构特点,将三维气动分析网格分解为不同叶展高度的二维截面气动分析网格;设计所述二维截面气动分析网格控制体的拓扑结构,建立叶片设计参数与控制体节点坐标位移之间的关系;根据所述设计参数与所述控制体节点坐标位移之间的关系将所述二维截面气动分析网格参数化;在所述二维截面气动分析网格参数化的基础上,建立不同叶展高度的所述控制体;根据所述设计参数与不同叶展高度的所述控制体节点坐标位移之间的关系将所述三维气动分析网格参数化。本公开的一种示例性实施例中,所述设计所述二维截面气动分析网格控制体的拓扑结构,建立叶片设计参数与控制体节点坐标位移之间的关系;包括:利用所述设计参数,根据叶型造型方法计算叶型点,并建立叶片型线控制节点;根据流道特点建立流道控制节点;建立所述流道控制节点与所述叶片型线控制节点的关联移动。本公开的一种示例性实施例中,所述利用所述设计参数,根据叶型造型方法计算叶型点,并建立叶片型线控制节点;包括:以所述叶片轴向弦长Lw、安装角γ、进口气流角β1、出口气流角β2以及中弧线曲线控制点权重作为设计参数;根据几何关系通过所述叶片轴向弦长Lw、安装角γ、进口气流角β1、出口气流角β2确定中弧线控制点p1,p2,p3;由所述中弧线控制点p1,p2,p3及所述中弧线曲线控制点权重确定中弧线;等分所述中弧线,并确定等分点的曲线坐标,所述等分点的曲线坐标即为叶型点;根据所述叶型点和所述叶片的型线厚度分布确定所述叶片型线控制节点。本公开的一种示例性实施例中,所述根据几何关系通过所述叶片轴向弦长Lw、安装角γ、进口气流角β1、出口气流角β2确定中弧线控制点p1,p2,p3;包括:根据所述叶片位置给出所述控制点p1的坐标(x1,y1);所述控制点p2坐标(x2,y2)的计算公式为:x2=Lw/cosγ/sin(180-β1-β2)·sin(β2-γ)·sin(90+β1)+x1y2=Lw/cosγ/sin(180-β1-β2)·sin(β2-γ)·cos(90+β1)+y1所述控制点p3坐标(x3,y3)的计算公式为:x3=Lw+x1y3=Lw·tanγ+y1本公开的一种示例性实施例中,所述根据流道特点建立流道控制节点;包括:根据所述二维截面气动分析网格控制体的流道轮廓,结合所述叶片型线控制节点的位置,建立所述流道控制节点。本公开的一种示例性实施例中,所述建立所述流道控制节点与所述叶片型线控制节点的关联移动;包括:将所述叶型点、叶片型线控制节点和所述流道控制节点分为前缘控制点、吸力面控制点、中弧线控制点、压力面控制点和尾缘控制点;通过变形方法建立所述控制点之间的关联移动。本公开的一种示例性实施例中,所述网格参数化方法还包括:建立多排叶片所述控制体,根据所述设计参数与所述多排叶片的所述控制体节点坐标位移之间的关系将所述多排叶片的气动分析网格参数化。根据本公开的一个方面,提供一种轴流涡轮气动优化设计方法,包含如权利要求1~7任一项所述的网格参数化方法。本公开的一种示例性实施例中,所述气动优化设计方法包括:确定气动优化的设计参数,根据所述网格参数化方法对网格进行参数化变形;根据所述设计参数的数量,确定气动优化的设计变量;根据所述设计变量的数量,使用最优拉丁超立方方法设计样本点,并通过所述样本点建立kriging代理模型;使用所述kriging代理模型代替气动分析过程,选用特定算法对所述轴流涡轮进行多目标优化分析。本公开的一种示例性实施例中,所述特定算法为多岛遗传算法。本公开示例性实施方式所提供的网格参数化方法,该网格参数化方法实现了气动设计变量与气动分析网格的关联变形,保证了网格变形与气动设计变量变化的一致性。应当理解的是,以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的,并不能限制本公开。附图说明此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分,示出了符合本公开的实施例,并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是根据一实施方式示出的网格参数化方法的流程示意图;图2是图1示出的叶片气动分析网格控制体的示意图;图3是根据一实施方式示出的中弧线设计方法的示意图;图4是图3示出的中弧线叶型点的示意图;图5是图3示出的中弧线叶片型线控制节点的示意图;图6是图5示出的叶片型线的示意图;图7是图1示出的二维截面气动分析网格控制体的示意图;图8是根据一实施方式示出网格变形前后的对比图;图9是二维截面实体与图8示出的变形后网格的对比图;图10是根据一实施方式示出的轴流涡轮气动优化设计方法的流程示意图;图11是基于图1示出的网格参数化方法的气动优化设计流程图。具体实施方式现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而,示例实施方式能够以多种形式实施,且不应被理解为限于在此阐述的范例;相反,提供这些实施方式使得本公开将更加全面和完整,并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。此外,附图仅为本公开的示意性图解,并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分,因而将省略对它们的重复描述。附图中所示的一些方框图是功能实体,不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。可以采用软件形式来实现这些功能实体,或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体,或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。如图1所示,本实施方本文档来自技高网...
网格参数化方法及基于该网格参数化方法的轴流涡轮气动优化设计方法

【技术保护点】
1.一种网格参数化方法,其特征在于,包括:根据叶轮机械气动分析网格的结构特点,将三维气动分析网格分解为不同叶展高度的二维截面气动分析网格;设计所述二维截面气动分析网格控制体的拓扑结构,建立叶片设计参数与控制体节点坐标位移之间的关系;根据所述设计参数与所述控制体节点坐标位移之间的关系将所述二维截面气动分析网格参数化;在所述二维截面气动分析网格参数化的基础上,建立不同叶展高度的所述控制体;根据所述设计参数与不同叶展高度的所述控制体节点坐标位移之间的关系将所述三维气动分析网格参数化。

【技术特征摘要】
1.一种网格参数化方法,其特征在于,包括:根据叶轮机械气动分析网格的结构特点,将三维气动分析网格分解为不同叶展高度的二维截面气动分析网格;设计所述二维截面气动分析网格控制体的拓扑结构,建立叶片设计参数与控制体节点坐标位移之间的关系;根据所述设计参数与所述控制体节点坐标位移之间的关系将所述二维截面气动分析网格参数化;在所述二维截面气动分析网格参数化的基础上,建立不同叶展高度的所述控制体;根据所述设计参数与不同叶展高度的所述控制体节点坐标位移之间的关系将所述三维气动分析网格参数化。2.根据权利要求1所述的网格参数化方法,其特征在于,所述设计所述二维截面气动分析网格控制体的拓扑结构,建立叶片设计参数与控制体节点坐标位移之间的关系;包括:利用所述设计参数,根据叶型造型方法计算叶型点,并建立叶片型线控制节点;根据流道特点建立流道控制节点;建立所述流道控制节点与所述叶片型线控制节点的关联移动。3.根据权利要求2所述的网格参数化方法,其特征在于,所述利用所述设计参数,根据叶型造型方法计算叶型点,并建立叶片型线控制节点;包括:以所述叶片轴向弦长Lw、安装角γ、进口气流角β1、出口气流角β2以及中弧线曲线控制点权重作为设计参数;根据几何关系通过所述叶片轴向弦长Lw、安装角γ、进口气流角β1、出口气流角β2确定中弧线控制点p1,p2,p3;由所述中弧线控制点p1,p2,p3及所述中弧线曲线控制点权重确定中弧线;等分所述中弧线,并确定等分点的曲线坐标,所述等分点的曲线坐标即为叶型点;根据所述叶型点和所述叶片的型线厚度分布确定所述叶片型线控制节点。4.根据权利要求3所述的网格参数化方法,其特征在于,所述根据几何关系通过所述叶片轴向弦长Lw、安装角γ、进口气流角β1、出口气流角β2确定中弧线控制点p1,p2,p3;包括:根据所述叶片位置给出所述控制点p...

【专利技术属性】
技术研发人员:李磊岳珠峰万欢孙守义李缘豆敏康佳磊
申请(专利权)人:西北工业大学
类型:发明
国别省市:陕西,61

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