低壓比煤油渦輪數(shù)值計算與優(yōu)化設(shè)計

【摘要】：小流量煤油渦輪泵可用于膨脹循環(huán)超燃沖壓發(fā)動機(jī)燃料供應(yīng)系統(tǒng),針對特定工況提出了超臨界/裂解態(tài)煤油基低壓比渦輪的數(shù)值計算方法和優(yōu)化設(shè)計策略。根據(jù)液體火箭發(fā)動機(jī)中典型的渦輪設(shè)計方法獲得了低壓比煤油渦輪的設(shè)計方案,采用湍流模擬方法結(jié)合煤油的多組分代理模型對25kr/min轉(zhuǎn)速下的渦輪內(nèi)部超臨界態(tài)流動進(jìn)行數(shù)值計算,發(fā)現(xiàn)設(shè)計方案的軸功率超過所需軸功率的120%,不利于渦輪泵系統(tǒng)在設(shè)計點工況下的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。取渦輪軸功率大于所需軸功率為約束條件,選擇渦輪結(jié)構(gòu)尺寸為設(shè)計變量,以兩個目標(biāo)量(優(yōu)化方案的軸功率和效率相對于設(shè)計方案的變化率)的加權(quán)函數(shù)值最大為目標(biāo),基于響應(yīng)面模型和多島遺傳算法開展?jié)u進(jìn)優(yōu)化,優(yōu)化過程中采用i SIGHT平臺集成了3維參數(shù)化建模和流場仿真等C++程序和軟件以實現(xiàn)數(shù)值計算自動化。利用試驗設(shè)計方法建立樣本數(shù)據(jù)庫,并進(jìn)行了渦輪軸功率和效率關(guān)于設(shè)計變量的靈敏度分析,發(fā)現(xiàn)二者成合作關(guān)系;所得渦輪優(yōu)化方案的兩個目標(biāo)量分別下降16.5%和2.9%,以較低的效率損失為代價實現(xiàn)了軸功率的良好配合。 【作者單位】： 國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)航天科學(xué)與工程學(xué)院;國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)高超聲速沖壓發(fā)動機(jī)技術(shù)重點實驗室;
【基金】：國家自然科學(xué)基金(11272344;11572346)
【分類號】：V235.21

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