[發(fā)明專利]用于預(yù)測(cè)渦輪機(jī)性能的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201580058821.3
• 申請(qǐng)日: 2015-10-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107148599B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-12-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: S·克里施納巴布
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西門(mén)子股份公司
• 主分類號(hào): G05B13/04
• 分類號(hào): G05B13/04
• 代理公司: 北京市金杜律師事務(wù)所 11256
• 代理人: 王茂華

用于預(yù)測(cè)壓氣機(jī)(14)性能的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的方法，壓氣機(jī)(14)包括至少一個(gè)葉片級(jí)(48)和至少一個(gè)導(dǎo)葉級(jí)(46)，該方法包括以下步驟：對(duì)CFD氣體路徑(120)建模，將葉片和導(dǎo)葉建模為非絕熱固體，構(gòu)建轉(zhuǎn)子的模型，轉(zhuǎn)子的模型包括面對(duì)多個(gè)導(dǎo)葉非絕熱固體的至少第一轉(zhuǎn)子固體域(220a)和附接到多個(gè)葉片非絕熱固體的至少第二多個(gè)轉(zhuǎn)子固體域(220b)，構(gòu)建定子(150)的模型，定子的模型包括附接到多個(gè)導(dǎo)葉非絕熱固體的至少第一殼體固體域(240a)和面對(duì)多個(gè)葉片非絕熱固體的至少第二殼體固體域(240b)，對(duì)一個(gè)或多個(gè)固體轉(zhuǎn)子界面(230)建模，每個(gè)固體轉(zhuǎn)子界面在相鄰的轉(zhuǎn)子固體域的相應(yīng)對(duì)間提供熱交換鏈路，以及對(duì)一個(gè)或多個(gè)固體定子界面(250)建模，每個(gè)固體轉(zhuǎn)子界面在相鄰定子固體域的相應(yīng)對(duì)之間提供熱交換鏈路。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及用于通過(guò)共軛傳熱計(jì)算來(lái)預(yù)測(cè)壓氣機(jī)性能的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的方法。本發(fā)明還涉及制造壓氣機(jī)的方法，該方法包括用于預(yù)測(cè)壓氣機(jī)性能的初始計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)步驟。

背景技術(shù)

在使用CFD(“計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)”)對(duì)典型壓氣機(jī)進(jìn)行性能評(píng)估期間，將例如葉片、導(dǎo)葉、殼體和輪轂的固體表面邊界建模為絕熱是已知的，計(jì)算域僅包括流體。然而，在實(shí)際中，存在通過(guò)上述固體表面發(fā)生的一些熱傳遞。如果建模，在其他數(shù)值誤差保持相同的情況下，與通過(guò)CFD計(jì)算(其中固體邊界被建模為絕熱)預(yù)測(cè)的流體溫度相比，這樣的熱傳遞會(huì)導(dǎo)致不同的、通常更小的平均流體溫度。因此固體表面更精確并且非絕熱的建?？梢詫?dǎo)致更高的預(yù)測(cè)效率和現(xiàn)實(shí)級(jí)匹配。

一種可能的先進(jìn)的方法被稱為共軛傳熱(CHT)方法，通過(guò)該方法，計(jì)算域被擴(kuò)展至固體區(qū)域。分別針對(duì)兩個(gè)渦輪，這種方法的兩個(gè)實(shí)現(xiàn)在Von Karman流體力學(xué)研究所T.Verstraete、Z.Alsalihi和R.A.Van den Braembussche的“A Conjugate Heat TransferMethod Applied To Turbomachinery”中被公開(kāi)。在這個(gè)文檔中描述的方法基于兩個(gè)代碼的耦合：用于流體域中流動(dòng)的非絕熱Navier-Stokes(NS)求解程序和在渦輪的固體部分中用于熱傳導(dǎo)的有限元分析(FEA)。由邊界條件的迭代調(diào)整獲得NS和FEA模型的共同邊界處的溫度和熱通量的連續(xù)性。共同邊界處的不重合網(wǎng)格需要插值來(lái)從一個(gè)模型網(wǎng)格向另一個(gè)模型網(wǎng)格傳遞邊界條件，并且需要迭代過(guò)程，以在NS和FEA計(jì)算域的共同邊界處獲得相同的溫度和熱通量分布。

上文描述的方法允許針對(duì)所提出的示例達(dá)到精確的結(jié)果，但是特別是當(dāng)上述方法應(yīng)用到壓氣機(jī)時(shí)，可以被顯著的改進(jìn)。該方法實(shí)際上不考慮：

–殼體以及因此殼體和周圍環(huán)境之間的熱傳遞；

–殼體頂部上的固定的流體域，以考慮殼體和周圍環(huán)境之間的熱傳遞；

–具有不同物理性質(zhì)的相鄰元件(例如，殼體、轉(zhuǎn)子和殼體頂部上的固定的流體域的相鄰元件)的模型之間的界面，以考慮分別歸因于壓氣機(jī)的不同轉(zhuǎn)動(dòng)級(jí)或者固定級(jí)的葉片或?qū)~數(shù)量的差而導(dǎo)致的其周向范圍中的差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供用于預(yù)測(cè)壓氣機(jī)性能的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的方法，該方法改進(jìn)相同類型的現(xiàn)有方法，從而提供壓氣機(jī)的部件的更真實(shí)的建模，因此實(shí)現(xiàn)更真實(shí)的性能預(yù)測(cè)。

本發(fā)明的另外的目的可以是提供用于壓氣機(jī)的制造方法，該方法包括基于上文引用的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的方法的結(jié)果來(lái)制造壓氣機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)和/或固定部件的步驟。

為了實(shí)現(xiàn)上文限定的目的，提供了根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的方法和制造方法。從屬權(quán)利要求描述了本發(fā)明的有利開(kāi)發(fā)和修改。

根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了用于預(yù)測(cè)壓氣機(jī)性能的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的方法，該壓氣機(jī)包括至少一個(gè)葉片級(jí)和至少一個(gè)導(dǎo)葉級(jí)。該方法包括下列步驟：

–對(duì)CFD氣體路徑建模，CFD氣體路徑包括：

–壓氣機(jī)入口通道，