多排环境下基于伴随优化的叶轮机械全三维粘性反方法研究

完善并发展叶轮机械设计中的三维反方法模型，针对反方法固有"瓶颈"问题，创新性地提出了将三维反方法模型与基于控制理论的伴随模型方法有机结合，使反方法模型在其设计过程能够实现自动化、最优化和多叶排耦合设计与分析，有力拓宽反方法的应用范围，为构建具有自主知识产权的叶轮机"多叶片排三维优化"模型平台奠定基础，同时为我国航空动力的跨越式发展提供理论基础和技术积累。本项目将按照由简单到复杂、先理论后试验的思路进行课题的研究，即首先建立反方法模型、伴随优化模型的相关理论，进而发展相应模型方法，并实现其数值模拟，接着完成试验压气机级（双叶排）设计，并最终进行试验验证，以进一步检验与确认所建立模型与方法的有效性。

本课题从叶轮机械气动设计反方法的建立与应用和伴随优化方法与反方法的结合两方面开展了理论分析、数值模拟和算例验证研究。.首先对两种反方法基础理论进行了深入研究。对于基于渗透边界条件的反方法，提出了渗透边界条件构建的基本原则，并据此整理了现有的渗透边界条件，在此基础上发展了一种新的渗透边界条件；对于基于正问题的反方法，建立了一套普适的框架，融入了多种中弧线更新模式。从总载荷角度研究了反方法解的存在性和唯一性，确定了反方法的定解条件，研究了渗透边界条件与定解条件的相容性，并发展了保证唯一性的措施。.接着开展了反方法应用研究。项目开发了二维/准三维/全三维反方法设计体系，并进行了具体应用。针对反方法在实际应用中面临的多个问题展开了深入研究，提供了相应解决技术途径，包括：反方法载荷的参数化方式以及分布策略、保证法向厚度以及前后缘小圆的处理、端壁附面层对反方法稳定性不利影响的考虑以及湍流模型的改进和高阶湍流模型在反方法中的应用等。.最后将伴随方法与基于渗透边界条件的反方法结合，实现了多排自动优化设计。对于基于渗透边界条件的反方法，其实现关键在推导渗透边界条件对应的伴随边界条件，这样就可以将载荷分布作为设计变量，而总体气动性能作为设计目标，实现基本与设计变量数目和计算时间无关的多排优化设计。所发展的设计系统已在多级涡轮和多级压气机中得到了验证，取得了良好的效果。.本课题研究成果十分丰富，培养了3名博士，6名硕士，已发表论文14篇。