《面向葉輪機氣動形狀精細設計的混合型伴隨方法研究》是依託北京理工大學，由李偉偉擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：面向葉輪機氣動形狀精細設計的混合型伴隨方法研究
- 依託單位：北京理工大學
- 項目負責人：李偉偉
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
伴隨方法具有計算量不隨設計參數數目變化的優勢，應合了葉輪機氣動領域通過全三維葉片快速精細化設計尋求性能進一步提升的發展趨勢。本項目基於現有的連續型和離散型伴隨方法研究基礎，通過調整“線化”、“離散”和“代數運算”三種基本運算元的順序構建基於“線化-離散-代數運算”組合的第三類伴隨方法，能夠兼顧變湍流粘性建模和伴隨方程數值離散獨立於流動方程數值離散等優點。進一步採用連續型、離散型和第三類伴隨方法的線性疊加發展混合型伴隨方法，結合遞歸投影方法增強有流動分離時伴隨方程的數值穩定性，以此發揮前述三類伴隨方法彼此之間取長補短的優勢，最大程度提升伴隨方法的穩健性，套用於消除或削弱葉輪機典型工況下流動分離，挖掘葉輪機負荷提升的潛力。研究所獲得的第三類伴隨方法和混合型伴隨方法相關理論、氣動形狀一體化方法及數值算法、程式工具等將夯實伴隨方法現有的研究基礎，為高性能葉輪機氣動設計提供技術支撐。
結題摘要
高氣動負荷下葉輪機械內部諸如激波、激波-附面層干涉、跨/超音速流、局部和大尺度分離流等典型流動對葉片幾何的細微變化較為敏感。對此，採用儘可能多的幾何設計參數實施精細設計和最佳化三維葉片型面形狀，能夠降低葉輪機械流動損失和進一步挖掘葉輪機械氣動性能潛力。常規基於三維流動分析的葉輪機械葉片氣動設計在多設計參數時面臨難以承受的計算成本。本項目採用計算量較少的伴隨方法發展葉輪機械氣動最佳化方法，在多設計參數時能以較低的計算成本實施三維葉片精細化設計。圍繞基於伴隨方法的梯度計算模型、氣動伴隨最佳化一體化方法和內流設計套用探索研究等，先後開展了：基於連續型伴隨方法、完全粘性N-S方程、S-A湍流模型和H型結構格線的氣動形狀精細設計研究；基於離散型伴隨方法/第三類伴隨方法、完全粘性N-S方程、S-A湍流模型和非結構格線的氣動形狀精細設計研究；初步探索了連續型、離散型和第三類伴隨方法的混合研究，包括混合途徑、線性加權係數、伴隨方程性質等；基於伴隨方法的氣動形狀精細設計工具開發及面向內流領域的初步套用探索研究等工作。這一過程中，項目團隊採用理論推導與分析、數值工具研發、對比分析與驗證等途徑發展了基於伴隨方法的梯度計算模型（包括目標函式、流動方程及其邊界條件、伴隨方程及其邊界條件、梯度計算式等），初步分析了伴隨方程定解條件的數學、數值和物理性質，建立了基於多種伴隨方法的氣動形狀最佳化設計一體化方法（包括幾何參數化、格線生成和變形、流場數值求解、伴隨場數值求解、梯度計算和最佳化尋優等），並開發了氣動最佳化設計工具，夯實了面向內流氣動形狀精細設計的伴隨方法基礎研究並努力推動其套用於工程設計。
