[發(fā)明專利]一種高低壓渦輪過渡流道型面反問題設(shè)計方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810948904.5
• 申請日: 2018-08-20
• 公開（公告）號: CN109241585B
• 公開（公告）日: 2021-03-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吳虎;楊晨;侯朝山;劉昭威;梁言
• 申請（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/28;G06F111/04;G06F111/10;G06F113/08;G06F119/02;G06F119/14
• 代理公司: 西北工業(yè)大學(xué)專利中心 61204
• 代理人: 金鳳

1.一種高低壓渦輪過渡流道型面反問題設(shè)計方法，其特征在于包括下述步驟：

步驟1：根據(jù)初始給定的高低壓渦輪過渡流道幾何約束條件，分別采用兩個n次貝塞爾曲線構(gòu)建其端壁型面線，構(gòu)建過程為：首先，由上下游部件的幾何約束條件確定貝塞爾曲線的控制點，然后由控制點得到貝塞爾曲線數(shù)學(xué)表達式，最后通過線性插值獲得端壁型線的離散點坐標；每條貝塞爾曲線的數(shù)學(xué)表達式為：

式(1)中，F(xiàn)_i為貝塞爾曲線控制點坐標，i＝0,1,…,n，且包含橫坐標與縱坐標；u為插值變量，取值范圍為[0,1]，F(xiàn)(u)為對應(yīng)插值變量的坐標；

步驟2：將步驟1得到的端壁型面線旋轉(zhuǎn)360度得到過渡流道三維幾何，基于三維粘性數(shù)值分析對渦輪過渡流道實施正問題數(shù)值求解，得到輪轂和機匣端壁型面靜壓沿流向分布；

預(yù)先給定滿足設(shè)計需求的輪轂和機匣的靜壓分布，保證過渡流道壁面特征量守恒的前提下，利用預(yù)先給定的靜壓分布與實際計算的靜壓分布之間偏差量，計算得到過渡流道壁面虛擬移動速度，再乘以一個虛擬時間步長，得到壁面虛擬位移，虛擬位移即為反問題計算過程中的型面幾何更新量；詳細步驟如下：

壁面特征量采用一維黎曼不變量，高低壓渦輪過渡流道輪轂和機匣端壁型面一維黎曼不變量為：

其中，R是一維黎曼不變量，上標h和s分別對應(yīng)過渡流道輪轂和機匣；v_n為壁面法向速度；γ為比熱比；c為聲速，c表示為：

其中，p為靜壓；ρ為密度；

在過渡流道型面更新過程中，保證一維黎曼不變量守恒，即：

其中，上標new對應(yīng)過渡流道型面更新后的流動狀態(tài)；

假定過渡流道型面更新前后密度保持不變，即ρ＝ρ^new，并且采用無滑移邊界條件，更新前的流道壁面氣流法向速度為零，式(4)可轉(zhuǎn)換為：

式中，(p^h)^new和(p^s)^new分別為預(yù)先給定的流道輪轂和機匣表面靜壓分布；表示反問題計算過程中輪轂壁面靜壓從p^h變化到(p^h)^new時，網(wǎng)格節(jié)點需要移動的虛擬法向速度；表示反問題計算過程中機匣壁面靜壓從p^s變化到(p^s)^new時，網(wǎng)格節(jié)點需要移動的虛擬法向速度；

選定虛擬時間步長Δt為臨近壁面網(wǎng)格的當?shù)貢r間步長作為虛擬時間步長，將壁面法向速度乘以虛擬時間步長Δt即可得到壁面的虛擬法向位移為：

當(p^h)^new＝p^h且(p^s)^new＝p^s，即輪轂和機匣處靜壓達到預(yù)先給定靜壓時，虛擬法向速度等于零，虛擬位移也等于零，即輪轂和機匣壁面更新量為零，此時得到的過渡流道型面幾何即為滿足預(yù)先給定靜壓分布的型面幾何。