軸流壓氣機轉子端壁造型多目標優化的數值研究

高 翔,晁曉亮,賈一哲

(中國飛行試驗研究院,陜西西安 710089)

軸流壓氣機轉子端壁造型多目標優化的數值研究

高 翔,晁曉亮,賈一哲

(中國飛行試驗研究院,陜西西安 710089)

針對NASA跨音速轉子67，建立了可靠的數值計算模型，對3種不同的目標函數開展了非軸對稱端壁造型的優化工作。3種優化方案均使得轉子性能得到了不同程度改善，效率提升最大為0.41%。優化結果表明，由于相同流量的約束，轉子通道中流量分布沿徑向發生了改變，對于近輪轂的端壁區域來說，造型后靜壓梯度的方向對流場具有重要影響。不同造型結果中葉片尾緣三維角區分離的位置與范圍也有所不同，當三維角區分離后移且沿徑向發生遷移時，會使得效率得到的增益明顯降低。

跨音速軸流壓氣機轉子；非軸對稱端壁造型；二次流；多目標優化

author_info_translate: Reliable numerical computation method was built on rotor67.Based on this numerical computation method,optimization of non-axisymmetric endwall contouring focusing on three different objective functions were conducted.The three optimal results all improved the performances of the rotor and the maximum improvement was 0.41%.Because of the restriction of the mass flow rate during optimization,the flow fields in different span height changed to different extent.As for the regions near hub,validity of the gradient direction influences the flow field significantly.In different optimal results,the location and scope of the three-dimensional corner separation near the trailing edge of the blade altered obviously,and the gain in efficiency drops when the separation region moves backward and migrates towards spanwise direction.

1 前言

非軸對稱端壁造型是對葉輪機械的端壁引入凹凸變化結構來達到調整局部流動的目的。近年來，非軸對稱造型在渦輪中的應用已經較為成熟[1～4]，但是在壓氣機中，由于級負荷比渦輪小，以及其獨特的逆壓梯度環境，使得非軸對稱端壁造型的應用比渦輪復雜的多。

目前，國內外針對壓氣機展開的非軸對稱端壁造型研究，主要是在壓氣機葉柵上展開，而直接針對壓氣機轉子進行的非軸對稱端壁造型優化較少[5～7]。因此，本文以跨音速壓氣機轉子Rotor67為研究對象，采用多目標優化的方法，對其轉子輪轂進行非軸對稱端壁造型優化，通過優化結果的對比分析，闡述非軸對稱端壁造型在壓氣機轉子中的直接應用與葉柵中應用的不同點，同時具體分析其流動控制機理，進而對該造型技術在壓氣機中的實際應用提供參考。……