[發明專利]一種渦輪葉片氣熱耦合計算域幾何模型的參數化造型方法

有效

• 申請號: 201710376794.5
• 申請日: 2017-05-25
• 公開（公告）號: CN107060890B
• 公開（公告）日: 2019-01-25
• 發明（設計）人: 席平;王添;胡畢富;李吉星;張洲
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;F01D5/12
• 代理公司: 北京慧泉知識產權代理有限公司 11232
• 代理人: 王順榮;唐愛華

本發明公開一種渦輪葉片氣熱耦合計算域幾何模型的參數化造型方法，在UG中導入葉片模型；首先，根據葉片模型，創建覆蓋葉片的初步流體計算區域，然后創建葉片中弧面片體，并沿片體四條邊，按照自然曲率方式進行延伸，且保證片體能穿透初步流體計算區域，旋轉延伸片體得到葉片流體計算區域前、后邊界面，按照指定高度，創建葉片流體計算區域上、下邊界面；再根據上下及前后邊界面修剪初步得到的流體計算區域，分別拉伸修減后的實體對應葉片前、尾緣面的輪廓，得到流體進出口區域；將創建的流體計算區域與葉片實體進行布爾減，抽取葉片實體的內型和外型面，根據內外型面分割布爾減得到的實體，得到具有燃氣域和冷氣域的氣熱耦合計算域幾何模型。

技術領域

本發明涉及渦輪葉片設計領域，具體來說，是一種渦輪葉片氣熱耦合計算域幾何模型的參數化造型方法。

背景技術

現代航空燃氣渦輪發動機為了獲得更高的推重比和熱效率，不斷提高渦輪入口溫度，目前渦輪進口溫度已經遠遠超過葉片材料的熔點溫度，必須采用復雜的冷卻技術來保持渦輪葉片的正常工作，準確預測渦輪葉片的溫度場是提高冷卻效率、延長葉片工作壽命的關鍵問題，隨著計算流體力學的不斷發展，氣熱耦合數值模擬技術已經成為預測發動機熱端部件溫度分布的重要工具，但是針對結構復雜的渦輪葉片的氣熱耦合數值模擬計算周期長、計算難度大，其中計算域幾何建模和網格前處理占用大量的時間，且模型精度難以控制，制約了其在燃氣渦輪工程設計中的應用。

氣熱耦合計算就是在分析過程中同時考慮流體運動和溫度場相互作用的計算方法，在計算過程中，通過對流場、結構內部傳熱、流場與結構接觸面之間流動與換熱邊界的計算等多場耦合計算。渦輪葉片氣熱耦合計算域幾何模型是由渦輪葉片內部流道冷氣域、外部燃氣域以及渦輪葉片實體組成；渦輪葉片實體模型由于在進行數值模擬前已經存在，故以下所述渦輪葉片氣熱耦合計算域幾何模型不包括渦輪葉片實體。渦輪葉片氣熱耦合計算域幾何模型建模首先根據渦輪葉片實體，創建覆蓋葉片的初步流體計算區域，然后確定葉片流體計算區域前、后邊界面，接著按照指定高度，創建葉片流體計算區域上、下邊界面；再根據上下以及前后邊界面修剪初步得到的流體計算區域，分別拉伸修減后的實體所對應葉片前、尾緣面的輪廓，并指定對應的進出口角度和拉伸長度，得到流體進出口區域；將創建的流體計算區域與葉片實體進行布爾減，抽取葉片實體的內型和外型面，并根據內外型面分割布爾減得到的實體，得到具有燃氣域和冷氣域的氣熱耦合計算域幾何模型。

但在工程實際中，通過上述方法形成的渦輪葉片氣熱耦合計算域幾何模型存在著一些不足：

(1)渦輪葉片氣熱耦合計算域幾何模型的創建屬于學科交叉問題，關于其參數化造型的研究與相關專利較少，導致渦輪葉片在進行氣熱耦合數值模擬的時候由CAD模型到CAE模型的轉換存在模型精度和建模效率問題。

(2)現有方法渦輪葉片流體計算區域前、后邊界面的確定一般采用的是葉片葉盆曲面或者葉背曲面，導致分割后的流體計算域不對稱，影響后續網格劃分和有限元分析。

(3)現有渦輪葉片氣熱耦合計算域幾何模型建模主要的還是內部流道相對簡單的渦輪葉片，仍缺少對于一些內部流道復雜的渦輪葉片氣熱耦合計算域幾何模型建模。

發明內容

針對現有技術中存在的問題，本發明提出一種渦輪葉片氣熱耦合計算域幾何模型的參數化造型方法，通過在UG(Unigraphics，交互式計算機輔助設計與計算機輔助制造系統)中構建能夠完全覆蓋以及可控進出口角度的流體計算域，然后由所生成的流體計算域幾何模型與渦輪葉片實體進行布爾求差運算，并對關鍵的熱交換面進行處理，最終渦輪葉片氣熱耦合計算域幾何模型的參數化造型。

本發明一種渦輪葉片氣熱耦合計算域幾何模型的參數化造型方法，具體通過下述步驟實現：

步驟1：在UG中導入渦輪葉片實體文件；