[发明专利]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

说明书

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。

技术领域

本公开属于结构设计技术领域，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。

背景技术

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，在上述背景技术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。

发明内容

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L_w、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；