[發明專利]一種預旋噴嘴進氣渦輪盤數值仿真分析方法

在審

• 申請號: 202111340435.7
• 申請日: 2021-11-12
• 公開（公告）號: CN114091370A
• 公開（公告）日: 2022-02-25
• 發明（設計）人: 高慶;屈杰;朱蓬勃;馬汀山;居文平
• 申請（專利權）人: 西安西熱節能技術有限公司;西安熱工研究院有限公司
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;G06F111/10
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 姚詠華

1.一種預旋噴嘴進氣渦輪盤數值仿真分析方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1，建立1:1實體尺寸的三維預旋噴嘴進汽渦輪盤計算域模型，三維預旋噴嘴進汽渦輪盤計算域模型包括預旋進氣噴嘴、靜止盤、旋轉盤及出汽口的計算域模型；

S2，將三維預旋噴嘴進汽渦輪盤計算域模型進行網格刨分生成多塊結構化網格；

S3，依據物理實際條件對三維預旋噴嘴進汽渦輪盤計算域模型進行邊界條件設置并進行流動數值求解；

S4，利用所建立的三維預旋噴嘴進汽渦輪盤計算域模型和流動數值，通過改變預旋進氣噴嘴旋切向預旋角度，獲取得不同切向角度下進汽流量與渦輪盤內的極值溫度所對應的函數關系式，最終評估渦輪盤預旋進氣方式的不同對渦輪轉靜系盤腔內的流動以及換熱的影響規律。

2.根據權利要求1所述的一種預旋噴嘴進氣渦輪盤數值仿真分析方法，其特征在于，S1中建立三維預旋噴嘴進汽渦輪盤計算域模型的具體方法如下：

S11，搭建預旋進氣噴嘴及靜止盤的計算域模型，預旋進氣噴嘴為切向進汽布置，計算域模型為周期性計算模型，旋轉周期角度依據預旋進氣噴嘴個數設置；

S12，搭建旋轉盤及出汽口計算域模型，出汽口數目與預旋進氣噴嘴數目相對應，計算域模型為周期性計算模型。

3.根據權利要求2所述的一種預旋噴嘴進氣渦輪盤數值仿真分析方法，其特征在于，運用幾何模型建立軟件搭建預旋進氣噴嘴及靜止盤的計算域模型和旋轉盤及出汽口計算域模型。

4.根據權利要求1所述的一種預旋噴嘴進氣渦輪盤數值仿真分析方法，其特征在于，S2的具體方法如下：

S21，將預旋進氣噴嘴及靜止盤三維計算域模型進行網格刨分，通過由頂至下的方式，生成多重拓撲塊的結構網格，網格生成時在壁面進行網格加密，同時在預旋進氣噴嘴壁面處采用O型網格生成邊界層，生成網格時，保證網格最大長寬比小于50，正交角大于55度；

S21，將旋轉盤及出汽口的三維計算域模型進行網格刨分，旋轉盤處的拓撲結構采用H型結構化網格，出汽口處的網格結構采用C型及O型拓撲貼體網格，以保證圓孔處的網格質量。

5.根據權利要求4所述的一種預旋噴嘴進氣渦輪盤數值仿真分析方法，其特征在于，將預旋進氣噴嘴及靜止盤三維計算域模型導入網格生成軟件ICEM進行網格刨分；

將旋轉盤及出汽口的三維計算域模型導入網格生成軟件NUMECA AUTO GRID進行網格刨分。

6.根據權利要求1所述的一種預旋噴嘴進氣渦輪盤數值仿真分析方法，其特征在于，S3的具體方法如下：

S31，預旋進氣噴嘴進口設置總壓、總溫、湍流度邊界條件，流動方向與進口面垂直；出汽口處設置出口平均靜壓邊界條件；計算域分別設置靜止域及旋轉域，旋轉域根據實際轉速情況設置旋轉速度，動靜交界區域數據傳遞方式為混合平面，其余固體壁面設置為均勻為絕熱無滑移壁面；

S32，求解三維粘性可壓縮非穩態流動傳熱控制方程組，并引入Boussinesq湍流模型假設使湍流計算雷諾時均Navier-Stokes方程組封閉，通過計算獲取流體計算域壓力、溫度及流速的氣動參數。

7.根據權利要求6所述的一種預旋噴嘴進氣渦輪盤數值仿真分析方法，其特征在于，靜止域包括預旋進氣噴嘴與靜止盤，旋轉域包括旋轉盤及出汽口。

8.根據權利要求6所述的一種預旋噴嘴進氣渦輪盤數值仿真分析方法，其特征在于，其中三維粘性可壓縮非穩態流動傳熱控制方程組通用形式如下：

式中ρ是流體密度；為通用變量，能夠代表u、v、w、T以及k和ε等求解變量；為廣義擴散系數；為廣義源項，其中與的表達式是在數值計算模型中基于特定變量給出的定義；

引入基于Boussinesq假設的湍動粘度，將雷諾應力表示成湍動粘度的函數，即：

式中，μ_t為湍動粘度，k為湍動能，δ_ij為克羅內克符號。