一种涡轮叶片外部全气膜冷却参数化优化设计方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115828456A(43)申请公布日2023.03.21(21)申请号202211491849.4(22)申请日2022.11.25(71)申请人哈尔滨工程大学地址150000黑龙江省哈尔滨市南岗区南通大街145号(72)发明人董平周旭李涛牛夕莹候隆安韩蕊于子杰(74)专利代理机构哈尔滨市阳光惠远知识产权代理有限公司23211专利代理师姜艳红(51)Int.Cl.G06F30/17(2020.01)G06F30/27(2020.01)权利要求书2页说明书7页附图6页(54)发明名称一种涡轮叶片外部全气膜冷却参数化优化设计方法(57)摘要一种涡轮叶片外部全气膜冷却参数化优化设计方法，属于叶轮机械领域，解决了传统人工优化涡轮冷却结构耗时耗力、气膜冷却效率低、涡轮叶片表面的整体温度高、涡轮叶片的冷却效果不理想、由于不可逆换热导致的损失以及燃气轮机整体效率低的问题，本发明的要点为：将待优化的涡轮叶片分为三个部分，分别对所述三个部分进行优化，得到三个部分的最优结果，将所述三个部分的最优结果进行整合，得到高温涡轮外部气膜冷却全叶片的最优设计方案，完成所述涡轮叶片外部全气膜冷却参数优化设计方法。本发明适用于燃气轮机涡轮叶片外部气膜冷却结构的优化设计。CN115828456ACN115828456A权利要求书1/2页1.一种涡轮叶片外部全气膜冷却参数化优化设计方法，其特征在于，所述方法包括：将待优化的涡轮叶片分为三个部分，所述三个部分分别为：前缘气膜冷却结构、吸力面气膜冷却结构和压力面气膜冷却结构；对所述前缘气膜冷却结构进行优化：S1：建立所述三个部分优化的目标函数，确定优化设计变量；S2：对所述优化设计变量进行参数敏感性分析，得到优化设计参数；S3：采用涡轮叶片冷却结构参数化建模方法对涡轮叶片进行建模；S4：调用ICEM脚本文件，对参数化模型进行自动网格划分，得到所需的计算域；S5：利用CFX中的CCL语言对所述计算域进行前处理，调用CFX求解器，对所述计算域进行后台求解计算，得到求解结果；S6：编写CCL语言，对所述求解结果进行后处理，得到优化所需的目标函数值对所述目标函数值进行判断，若已达最优，则输出气膜冷却优化结果，完成本阶段的优化，否则，进行步骤S7；S7：采用优化算法对所述优化设计变量进行优化寻优，得到优化后各个设计参数的取值，重复步骤S3到S6，直到优化完成；完成所述对前缘气膜冷却结构进行优化，得到所述前缘气膜冷却结构优化的最优结果；重复S1‑S7,依次对所述吸力面气膜冷却结构和压力面气膜冷却结构进行寻优，得到所述吸力面气膜冷却结构优化的最优结果和压力面气膜冷却结构优化的最优结果；将所述前缘气膜冷却结构优化的最优结果、吸力面气膜冷却结构优化的最优结果和压力面气膜冷却结构优化的最优结果进行整合，得到高温涡轮外部气膜冷却全叶片的最优设计方案，完成所述涡轮叶片外部全气膜冷却参数化优化设计方法。2.根据权利要求1所述的一种涡轮叶片外部全气膜冷却参数化优化设计方法，其特征在于，所述目标函数为叶片表面的全叶片平均气膜冷却效率。3.根据权利要求2所述的一种涡轮叶片外部全气膜冷却参数化优化设计方法，其特征在于，所述叶片表面的全叶片平均气膜冷却效率的定义式为：η＝0.61+0.2η2+0.2η3其中，η为全叶片表面的平均气膜冷却效率，η1为叶片前缘的平均气膜冷却效率，η2为叶片压力面的平均气膜冷却效率，η3为叶片吸力面的平均气膜冷却效率。4.根据权利要求1所述的一种涡轮叶片外部全气膜冷却参数化优化设计方法，其特征在于，所述优化设计参数包括：所述前缘气膜冷却结构的优化设计参数、所述吸力面气膜冷却结构的优化设计参数和所述压力面气膜冷却结构的优化设计参数。5.根据权利要求4所述的一种涡轮叶片外部全气膜冷却参数化优化设计方法，其特征在于，所述前缘气膜冷却结构的优化设计参数包括：第一孔排(1)的复合角、第二孔排(2)的复合角、第一孔排(1)的相对位置m1、第二孔排(2)的相对位置m2和第三孔排(3)的相对位置m3。6.根据权利要求4所述的一种涡轮叶片外部全气膜冷却参数化优化设计方法，其特征在于，所述吸力面气膜冷却结构的优化设计参数包括：吸力面孔排(7)的入射角、吸力面孔排(7)的相对位置和吸力面孔排(7)距离叶根位置的距离。2CN115828456A权利要求书2/2页7.根据权利要求4所述的一种涡轮叶片外部全气膜冷却参数化优化设计方法，其特征在于，所述压力面气膜冷却结构的优化设计参数包括：压力面孔排(6)的入射角、压力面孔排(6)的相对位置和压力面孔排(6)距离叶根位置的距离。8.根据权利要求1所述的一种涡轮叶片外部全气膜冷却参数化优化设计方法，其特征在于，所述优化算法选用ISIGHT软件中