基于谐波平衡法的多排叶轮机械非定常反方法研究

本项目针对目前在叶轮机械领域缺乏有效的非定常设计工具这个难题，基于谐波平衡法和反方法，开展了三维粘性非定常反方法的研究。首先在已有研发基础上开发了谐波平衡法求解器，且针对动静干涉中的信息传播，发展了完备的交接面处理方法。进而将求解器与三维反方法相结合，即在叶片表面施加时均载荷，通过计算的时均载荷与给定值的偏差来驱动叶片中弧线，实现叶片几何的改变；且在此过程中，叶片厚度不发生变化。然后将所开发工具应用于动静干涉的研究以及多排环境下非定常匹配设计。此外还基于谐波平衡法，验证了时间相关边界条件在单排计算中考虑多排影响的正确性；最后在单排环境下进行了涡轮叶片的积叠线非定常优化。结果发现：（1）传统定常计算和非定常计算对于超声速叶片来说，存在有激波位置波动现象，这表明对于跨声速压气机叶片采用非定常计算来评估激波位置是必须的。（2）通过合理给定载荷，能够降低动静干涉带来的损失，实现比定常反方法更高的效率。这证明了非定常反方法挖掘非定常性能收益的潜力。（3）基于时间相关边界条件和非定常计算方法，开展了某涡轮叶片的积叠线优化研究，使得其损失降低了12%，为实现全三维叶片非定常优化设计积累了经验。

目前叶轮机械气动设计方法多基于定常流动模型，而叶轮机械中转子和静子的相对运动决定了其流动为本质非定常的。如何在设计阶段就能将非定常影响纳入考虑，发展非定常设计体系，是研究人员一直试图解决的问题之一。本项目意图结合先进的非定常计算技术和三维粘性反方法，发展成为非定常反方法，建立叶轮机械非定常设计体系。首先申请者提出了基于谐波平衡法和反方法有机集成的思想，并据此建立非定常反方法的基本理论框架；进而分步研究在多种非定常效应影响下时间平均压力载荷的加载策略；最后考虑依据能够考虑上下游非定常流场影响的“尾迹”匹配理念，优化空间积叠线形式，从而构建非定常叶片设计体系。

1、基于有功功率的方法

基于有功功率方向法也是应用较广的谐波源检测方法之一。这种方法的思路比较直观，常用的诺顿等效电路如图1 所示。

图1中，Ic和Iu分别是系统侧和用户侧的谐波电流源电流；Zc和Zu分别是系统侧和用户侧的谐波阻抗。PCC 点的谐波电压始终为正，则谐波源检测的主要根据是两侧谐波电流对PCC 点波形畸变的影响：|IuZu|>|IcZc|时，意味着系统侧为主要谐波源；反之则用户侧为主要谐波源。也就是说谐波源的检测不应当受到两侧相角差的影响，而只取决于PCC点两侧的开口谐波电压源的幅值。

2、基于无功功率的方法

将图2转变为所示的戴维南电路。此时，Z = Zc Zu，Ec = | IcZc|，Eu = | IuZu|。令Eu的相角为0，Ec的相角为δ。则谐波源检测问题转变为系统侧电压Ec和用户侧电压Eu的电压幅值比较问题。很明显，电力系统的有功功率主要与相角有关，而无功功率主要取决于系统电压的幅值。

基波情况下，实际的综合阻抗Z一般为正值，但在谐波情况下出现负值的比率较高。

基于谐波功率的方法都是假定主要的阻抗参数不变来设计的，参数分散性(主要是谐波阻抗)和背景谐波都会影响该类方法的性能。另外，该方法难以分析多谐波源问题。

本课题拟针对采用集中式信息融合的多传感器多目标跟踪系统提出基于最大期望算法的联合数据配准、关联和融合算法,以及针对采用分布式信息融合的多传感器多目标跟踪系统提出基于最大期望算法的联合航迹配准、关联和融合算法。传统上人们一般将数据配准、数据关联和数据融合三者分开研究，或者是将航迹配准、航迹关联和航迹融合三者分开研究，但实际上它们是相互影响的：数据配准需要正确关联了的多传感器数据而存在配准误差的多传感器数据又会增加错误关联的概率，它们都会对数据融合的性能产生影响；同样航迹配准需要正确关联了的局部航迹而存在配准误差的局部航迹又会增加错误关联的概率，它们都会对航迹融合的性能产生影响。本课题将它们作为一个整体研究从而解决传统上将它们分开研究和工程实现的弊端，因考虑了它们之间的相互联系和相互影响，我们能大大提高多传感器多目标跟踪的精度，从而可提高军事和民用领域对目标监视和跟踪的能力。

本课题从事离心泵内部非定常流动的研究。构寻多功能离心泵PIV测量实验台，在不同工况下测理离心泵叶轮和泵体内部非定常流协的全场瞬时速度场，分析研究离心泵叶轮和泵体内部非定常流动的三维结构和空间特性和周期性非定常的时间特性，为研究离心泵内部非定常流动提供必要的基础实验资料，以最终建立离心泵非定常流动理论取代目前定常流动理论。