工业汽轮机是工业生产中重要的动力设备,其结构紧凑可靠,运转安全性高,工况适应性强,具有很好的热经济性,广泛应用于电力、航海、交通、化工与冶金等行业,在工业生产中占有非常重要的地位。在工业汽轮机服役期内,各级动叶的性能对于机组的整体能量转化效率起到至关重要的作用。特别是在蒸汽比容较大的低压缸内,叶片能否实现能量的高效转化,将直接影响到整套设备的性能与市场竞争力。因此,针对工业汽轮机低压级叶片设计方法的研究具有重要意义。本文针对工业汽轮机低压级叶片在复杂载荷作用下偏离理论设计形状而导致的性能下降问题,对热态叶型的重构方法、冷态叶型的修正方法与叶片多工况预变形优化方法进行了深入研究,提出了工业汽轮机低压级叶片预变形设计方法,并通过数值模拟分析对预变形设计结果进行了验证。论文的主要内容如下:第一章概述了汽轮机叶片设计方法的发展历程,阐述了低压级叶片预变形设计对于工业汽轮机的重要意义。综述了汽轮机运行工况分析方法、叶片形变对于自身性能及机组其他参数的影响、叶型分析与预变形设计的研究现状,叙述了现有方法中的不足之处,确定了本文的研究内容,给出了全文的组织架构。第二章研究了基于叶片形变的冷/热态叶型偏差分析方法。阐述了热态叶型流固耦合分析方法的理论基础和热态叶型偏差的产生机理,分析了冷/热态叶型偏差分析方法的迭代过程,研究了汽轮机工况参数对于叶片叶型偏差的影响,为工业汽轮机低压级叶片预变形设计提供理论依据。第三章根据工业汽轮机低压级叶片的变刚度特性以及叶片表面气动载荷的非平衡特点,利用非线性有限元方法对热态叶型进行了重构。对比了热态叶型与理论设计叶型之间在几何形状与气动载荷上的差异,分析了重构叶型对于叶片几何形状及气动载荷的影响。第四章基于热态叶型表面提取的气动载荷数据,提出了基于载荷-空间混合补偿的冷态叶型修正方法,提高了冷态叶型修正效率,通过对比热态叶型与理论设计叶型之间的偏差,验证了所提方法的修正效果。基于混合补偿的冷态叶型修正方法改进了预变形设计方法的迭代过程,并使用对应网格节点的最大偏差作为检测标准,对比了两种预变形设计方法的效率。第五章研究了叶片多工况预变形设计方案优化方法。将熵权Vague集理论引入汽轮机低压级叶片的多工况分析中,通过信息熵理论分析了各工况表征指标的敏感度,基于设计要求与设计经验得出了设计方案的满意度,根据评分函数量化了各预变形设计方案对多工况状态的匹配程度,提出了预变形设计方案组合优化方法,并通过数值模拟分析验证了方法的有效性。第六章总结了全文的研究内容,并对课题进一步的研究方向进行了展望。