[發明專利]基于多項式混沌的渦輪葉頂氣熱性能不確定性量化系統

有效

• 申請號: 202110078964.8
• 申請日: 2021-01-21
• 公開（公告）號: CN112765746B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 李軍;黃明;李志剛;白波
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/18;G06F18/2413;G06F111/02;G06F111/08;G06F111/10
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 段俊濤

一種基于多項式混沌的渦輪葉頂氣熱性能不確定性量化系統，包括參數化幾何造型模塊、采樣點生成模塊、多項式混沌展開式模型構建模塊、樣本點初場分配模塊、渦輪葉頂氣熱性能全自動前處理模塊、多核異地異步分布式計算模塊、計算進度實時反饋模塊、多項式混沌展開式系數的求解模塊、敏感度分析模塊、結果文件采樣與分析模塊等，本發明可大幅度減少獲取渦輪葉頂氣熱性能不確定性所需的樣本數目，并且還能減少單個樣本數值計算所需要的時間，而且該系統還適配任何尺寸與形式的渦輪葉頂，更加符合渦輪冷卻系統設計人員的需求。

技術領域

本發明屬于渦輪葉頂冷卻系統設計技術領域，特別涉及一種基于多項式混沌的渦輪葉頂氣熱性能不確定性量化系統，用來進行渦輪葉頂氣熱性能的不確定性量化。

背景技術

現代燃氣輪機入口溫度的不斷提高使得透平葉頂的冷卻系統設計問題日益突出和復雜。為了能夠更好地進行冷卻設計，科研人員采用大量的實驗測量和數值模擬方法對渦輪葉頂的流動特性和傳熱特性進行研究。目前對于渦輪葉頂氣熱特性的研究均處于確定性問題的框架內。但是由于制造公差無法避免并且渦輪工作條件極其惡劣，渦輪葉頂的幾何結構參數和渦輪的運行工況實際上具有隨機不確定性分布特征。傳統研究方法將上述不確定性因素均簡化為確定值進行計算。然而根據De?Maesschalck等(De?Maesschalck?C,Lacor?C,Paniagua?G,et?al.Performance?robustness?of?turbine?squealer?tipdesigns?due?to?manufacturing?and?engine?operation[J].Journal?of?Propulsionand?Power,2017,33(3):740-749.)的研究，這些幾何和運行工況偏差將會改變葉頂的流場形態從而影響其氣動及傳熱特性，使得葉頂的真實性能偏離設計值并顯著降低渦輪葉片的壽命與可靠性。

雖然對葉頂氣熱性能的不確定性量化研究已經被認為是未來渦輪冷卻系統設計中最重要的課題(Bunker?R?S.The?effects?of?manufacturing?tolerances?on?gasturbine?cooling[J].Journal?of?Turbomachinery,2009,131(4).)，但是相關研究卻鮮有發表，因為對葉頂進行不確定性量化研究還存在以下問題：

(1)葉頂的氣熱特性研究實質上是對一個具有混沌特征的高維非線性隨機系統進行研究，使用常用的蒙特卡洛數值模擬法需要大量的樣本來獲得系統的不確定性量化信息，并且伴隨著隨機輸入量數量的增加其樣本數會以幾何倍數增加，因此必須尋求一種高效的不確定性獲取方法以減少樣本數目。

(2)單個樣本的數值計算時間過長，使用常見的8核Intel?i7-8700?CPU模擬一個渦輪葉頂氣動傳熱問題需要計算21小時。

(3)常規的不確定性量化方法只能適配特定尺寸和特定形式的葉頂，當葉頂的幾何發生變化時就必須重新設計一套程序進行不確定性量化計算。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種基于多項式混沌的渦輪葉頂氣熱性能不確定性量化系統，大幅度減少獲取渦輪葉頂氣熱性能不確定性所需的樣本數目，并且還能減少單個樣本數值計算所需要的時間，而且該系統還適配任何尺寸與形式的渦輪葉頂，更加符合渦輪冷卻系統設計人員的需求。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種基于多項式混沌的渦輪葉頂氣熱性能不確定性量化系統，包括：

參數化幾何造型模塊，以葉頂中弧線起點與終點的坐標和葉高作為葉頂幾何造型的關鍵參數，建立葉頂幾何造型；

采樣點生成模塊，以隨機變量的個數和概率密度分布函數為輸入，使用Symolyak稀疏網格技術根據所述葉頂幾何造型對樣本點空間進行采樣，生成建立多項式混沌展開式所需要的樣本點分布數據；