[發明專利]一種基于一維平均流線法的多級軸流壓氣機特性校正方法

有效

• 申請號: 202011463281.6
• 申請日: 2020-12-11
• 公開（公告）號: CN112632719B
• 公開（公告）日: 2022-05-17
• 發明（設計）人: 王志濤;張君鑫;李健;高楚銘;明亮;于海超;劉碩碩;李淑英;李鐵磊;張宗熙
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/28;G06F113/08;G06F119/14
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本發明的目的在于提供一種基于一維平均流線法的多級軸流壓氣機特性校正方法，根據多級軸流壓氣機運行所遵循的物理規律，建立基于一維平均流線法的多級軸流壓氣機性能分析方法，針對葉柵性能模型發展一種自動校準方法，搜尋壓氣機壓比和效率與特定工作點的實驗數據相匹配的葉片尾跡動量厚度系數，建立壓氣機已知條件范圍的完整葉片尾跡動量厚度系數標量數據庫；由已知葉片尾跡動量厚度系數標量數據庫，求取所求工作點的尾跡動量厚度系數，實現對壓氣機特性的自動校準。本發明計算速度快，具有通用性，可以對壓氣機特性進行預測加密和外推，用于進口導葉、靜葉可調時的特性預測，或計算沒有實驗數據或CFD數據轉速下的整體性能。

技術領域

本發明涉及的是一種仿真方法，具體地說是燃氣輪機仿真方法。

背景技術

一維平均流線法性能求解中通過引入流體粘性作用的影響進行性能分析，因此落后角和損失等經驗模型對一維計算精度起到了顯著影響。目前公開文獻中的葉柵經驗模型主要是針對標準葉型。但是隨著葉輪機械的發展，通過參數化優化或反設計等方法得到的現代葉型及彎、掠等先進技術被廣泛應用于現代高性能壓氣機中，現有的經驗模型對現代葉型的適用性有待進一步檢驗。因此，如何利用模型自動校準方法對經驗模型進行校準成為性能分析的關鍵。

經驗模型通常是測試結果的平均值或統計曲線的擬合，因此不能期望各種經驗相關性可以準確地代表每一臺壓氣機。在多級壓氣機中，不同葉片排所處的工況條件并不相同，經驗模型對各葉片排的準確性也存在一定差異，模型偏差的不斷累積加劇了性能預測結果對經驗模型的敏感性。此外，葉輪機械內流動具有強三維、有旋及非定常等特點，在多級軸流壓氣機中流動情況尤為復雜，因此經驗模型難以普遍適用于各種流動情況。通過修正經驗模型實現對壓氣機特性的自動校準，可以進一步提高性能分析的準確性。

發明內容

本發明的目的在于提供用于進口導葉、靜葉可調時的特性預測，或計算沒有實驗或CFD數據的轉速下整體性能的一種基于一維平均流線法的多級軸流壓氣機特性校正方法。

本發明的目的是這樣實現的：

本發明一種基于一維平均流線法的多級軸流壓氣機特性校正方法，其特征是：

(1)建立一維平均流線法模型

平均流線法基于一維流動假設，在壓氣機子午流面上指定一條流線，其半徑的定義為：

R_t為外徑，R_h為內徑，R_m為平均半徑；該流線稱為平均流線；平均流線與各排葉片前后緣的交點即為流場參數的計算點，也稱計算站，對于各計算站而言，確定流場收斂的原則是連續性條件得到滿足，連續性方程即為平均流線方法的控制方程：

m＝ρV_mA(1-B)

其中V_m為平均流線上的氣流速度，A為通流區域面積，B為堵塞量，ρ為密度，m為質量流量；

由各計算站所處位置的流動參數代表該壓氣機整體氣動布局情況，通過迭代求解，使得連續性條件得到滿足，則本站計算完成；根據已知的幾何參數和邊界條件，通過基本氣動關系式對多級壓氣機逐排求解，并采用落后角及損失等經驗模型來引入流體粘性的影響；

根據輸入平均流線程序不同的進口溫度、壓力、轉速、質量流量，輸出不同的性能分析結果：

[PI,Eff]＝f(T₀,P₀,n,G)

PI為壓氣機壓比，Eff為壓氣機效率，n為轉速，G為質量流量，T₀、P₀為進口溫度與壓力；

(2)選定優化變量

由二維低速葉柵損失試驗得到的葉片尾跡動量厚度表達式為：