一种附壁喷气内腔流体拓扑优化方法和系统技术方案

本发明专利技术提供了一种附壁喷气内腔流体拓扑优化方法和系统，涉及航空发动机技术领域，所述方法包括：使用基于源项的数值模拟划分计算域，并根据优化对象的基本参数确定约束条件，建立拓扑优化模型，通过判断模型是否收敛来获得模型的最优输出值，从而获得最终的固体材料分布优化方案，并根据优化方案对所述附壁喷气内腔进行几何重构

【技术实现步骤摘要】
一种附壁喷气内腔流体拓扑优化方法和系统


[0001]本专利技术涉及航空发动机
，特别涉及一种附壁喷气内腔流体拓扑优化方法和系统
。

技术介绍

[0002]现有技术中，为了减小因压气机高负荷设计中大转折角吸力面分离引起的效率损失，李艺雯的论文“康达喷气叶型设计方法及其在高负荷压气机中的应用研究”(
中国科学院大学，
[D].2018)
中，提供了一种充分利用康达效应的控制高负荷轴流压气机叶片吸力面流动分离的轴流压气机叶片，其中，采用康达喷气叶片的喷气由外部高压气源
(
或是轴流压气机高压级位置引气
)
提供，经由叶片内部的喷气内腔最后从喷气缝喷出，因此喷气内腔结构是叶片设计过程中的重要部分
。
[0003]目前对于喷气内腔的结构优化工作尚未开展，并且康达喷气的叶片内部的空间有限，传统的以减小引气腔内的总压损失为目标的内腔结构优化方法难度较大
。
近年来，拓扑优化方法以其设计自由度高
、
摆脱结构参数化限制/>、
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种附壁喷气内腔流体拓扑优化方法，其特征在于，包括：根据附壁喷气内腔应用的空间区域，构建所述附壁喷气内腔的几何模型，并将所述几何模型划分为具有多个网格单元的计算域；确定所述附壁喷气内腔的基本参数，所述基本参数包括设计变量
、
优化目标
、
流体属性和边界条件；根据所述基本参数确定约束条件，根据所述约束条件构建目标函数，基于所述目标函数建立拓扑优化模型；确定所述设计变量的初始值，基于所述初始值，通过所述拓扑优化模型对所述设计变量进行预设次数的迭代更新，获得输出信息，所述输出信息为对应迭代步数各个所述网格单元的多孔度；根据所述输出信息判断是否满足迭代收敛条件，如果满足，根据所述输出信息获得固体材料分布优化方案；根据所述固体材料分布优化方案对所述附壁喷气内腔进行几何重构，获得优化后的附壁喷气内腔结构，并对所述优化后的附壁喷气内腔结构进行流场分析
。2.
根据权利要求1所述的一种附壁喷气内腔流体拓扑优化方法，其特征在于，所述基于所述初始值通过所述拓扑优化模型对设计变量进行预设次数的迭代更新，获得输出信息，包括：根据所述设计变量的初始值，对所述计算域求解目标流场和实际流场，获得各个所述网格单元的理想速度
V
ref
和当地实际速度
V
local
；根据所述理想速度
V
ref
和所述当地实际速度
V
local
，运用灵敏度分析方法对所述目标函数进行灵敏度分析，获得所述目标函数的灵敏度；，所述拓扑优化模型通过移动渐近线优化算法和所述灵敏度实现所述设计变量的更新，获得所述输出信息
。3.
根据权利要求2所述的一种附壁喷气内腔流体拓扑优化方法，其特征在于，所述获得所述目标函数的灵敏度的计算式如下：其中，
Z
表示灵敏度值，
V
ref
表示理想速度，
V
local
表示当地实际速度，
n
为迭代次数
。4.
根据权利要求1所述的一种附壁喷气内腔流体拓扑优化方法，其特征在于，所述基本参数中，所述设计变量为各个所述网格单元的多孔度，所述多孔度的取值在0和1之间；所述流体属性为理想空气；所述边界条件中进口边界选取质量进口条件，出口边界采用大气压条件，其他边界采用固壁面无滑移边界
。5.
根据权利要求4所述的一种附壁喷气内腔流体拓扑优化方法，其特征在于，所述优化目标为喷气内腔总压损失；所述约束...

【专利技术属性】
技术研发人员：张敏，黄伟亮，杜娟，张健，杨晨，
申请(专利权)人：中国科学院工程热物理研究所，
类型：发明
国别省市：