[發(fā)明專(zhuān)利]多級(jí)封嚴(yán)盤(pán)腔瞬態(tài)響應(yīng)的一維建模方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011576743.5
• 申請(qǐng)日: 2020-12-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112597609A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-04-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王磊;毛軍逵;潘進(jìn);王飛龍;何輝;畢帥
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06F30/17
• 分類(lèi)號(hào): G06F30/17;G06F30/20;G06F113/08;G06F119/02;G06F119/08;G06F119/14
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專(zhuān)利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 姜慧勤

1.多級(jí)封嚴(yán)盤(pán)腔瞬態(tài)響應(yīng)的一維建模方法，其特征在于，該方法將多級(jí)封嚴(yán)盤(pán)腔結(jié)構(gòu)中的轉(zhuǎn)靜盤(pán)腔視為盤(pán)腔元件，將封嚴(yán)篦齒視為篦齒元件，并提出一種篦齒拆分模型對(duì)篦齒元件進(jìn)行拆分，該篦齒拆分模型將篦齒元件拆分為不考慮瞬態(tài)效應(yīng)的壓力損失元件和需要考慮容積效應(yīng)的齒腔元件，且定義壓力損失元件為篦齒齒頂與襯套之間的區(qū)域，該區(qū)域的寬度為齒厚，齒腔元件為相鄰兩個(gè)齒之間的空腔區(qū)域；

對(duì)于盤(pán)腔元件和齒腔元件，建立一維瞬態(tài)數(shù)學(xué)模型，輸入元件幾何參數(shù)與瞬態(tài)邊界工況后，通過(guò)對(duì)盤(pán)腔空氣系統(tǒng)一維瞬態(tài)網(wǎng)絡(luò)求解得到盤(pán)腔內(nèi)流體參數(shù)隨時(shí)間響應(yīng)變化。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多級(jí)封嚴(yán)盤(pán)腔瞬態(tài)響應(yīng)的一維建模方法，其特征在于，所述對(duì)于盤(pán)腔元件和齒腔元件，建立的一維瞬態(tài)數(shù)學(xué)模型相同，且所述一維瞬態(tài)數(shù)學(xué)模型包括腔內(nèi)平均壓力變化率和腔內(nèi)平均溫度變化率；

腔內(nèi)平均壓力變化率的計(jì)算公式為：

式中，和分別為腔室內(nèi)的平均靜壓和平均靜溫，V_cv為腔室容積，和分別為腔室的進(jìn)口和出口流量，t為時(shí)間，R為氣體常數(shù)；

腔內(nèi)平均溫度變化率的計(jì)算公式為：

式中，T_t,in和T_t,out分別為腔室進(jìn)口和出口流體總溫，C_p,in和C_p,out分別為腔室進(jìn)口和出口處流體的定壓比熱容，C_v為定容比熱容，Q_net為流體與輪盤(pán)對(duì)流換熱量Q_net,HT和風(fēng)阻溫升熱量Q_net,disc的總和；

其中，流體與輪盤(pán)對(duì)流換熱量Q_net,HT的計(jì)算公式為：

Q_net,HT＝h_avA_w(T_w-T_ref)

式中，A_w為換熱表面面積，T_w為輪盤(pán)表面平均溫度，T_ref為流體平均溫度，h_av為輪盤(pán)表面的對(duì)流換熱系數(shù)；h_av的計(jì)算公式如下：

式中，y為結(jié)構(gòu)系數(shù)，Re_Ω為旋轉(zhuǎn)雷諾數(shù)，L為幾何特征長(zhǎng)度，λ_f為靜止流體的導(dǎo)熱系數(shù)，C_w為無(wú)量綱流量系數(shù)，其定義為其中μ為氣體動(dòng)力粘度，r_out為旋轉(zhuǎn)盤(pán)腔外緣半徑；

風(fēng)阻溫升熱量Q_net,disc的計(jì)算公式為：

Q_net,disc＝M_d·ω_d

式中，ω_d為輪盤(pán)旋轉(zhuǎn)角速度，M_d為輪盤(pán)力矩，M_d的計(jì)算公式如下：

式中，K為力矩系數(shù)因子，ρ為冷氣密度，r為當(dāng)?shù)匕霃剑珻_m,disk為圓盤(pán)力矩系數(shù)，ω(r)表示當(dāng)?shù)匕霃教幚錃庀鄬?duì)于輪盤(pán)的角速度，sgn(·)為符號(hào)函數(shù)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多級(jí)封嚴(yán)盤(pán)腔瞬態(tài)響應(yīng)的一維建模方法，其特征在于，所述腔室的進(jìn)口和出口流量的計(jì)算公式如下：

其中，C_d為腔室出口的流量系數(shù)，P_in和p_out分別為腔室進(jìn)口總壓和出口靜壓，p_o和p_r分別為腔室中心和外緣半徑處的靜壓，A_in和A_out分別為腔室進(jìn)口和出口通流面積，k為等熵指數(shù)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多級(jí)封嚴(yán)盤(pán)腔瞬態(tài)響應(yīng)的一維建模方法，其特征在于，所述多級(jí)封嚴(yán)盤(pán)腔結(jié)構(gòu)中，發(fā)動(dòng)機(jī)中的冷卻空氣從上游封嚴(yán)篦齒流入轉(zhuǎn)靜盤(pán)腔中，對(duì)渦輪盤(pán)進(jìn)行冷卻，再通過(guò)下游封嚴(yán)篦齒流出轉(zhuǎn)靜盤(pán)腔。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多級(jí)封嚴(yán)盤(pán)腔瞬態(tài)響應(yīng)的一維建模方法，其特征在于，所述壓力損失元件中，質(zhì)量流量與總壓比PR_t之間的關(guān)系為：

式中，A為壓力損失元件的區(qū)域面積，C_D為篦齒流量系數(shù)，P_in為腔室進(jìn)口總壓，T_t,in為腔室進(jìn)口流體總溫，R為氣體常數(shù)，n為齒數(shù)，Γ為透氣效應(yīng)修正系數(shù)，Γ的計(jì)算公式如下：

式中，B為篦齒的間距，c為齒頂間隙。