[發(fā)明專利]一種預旋噴嘴進氣渦輪盤數(shù)值仿真分析方法

在審

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• 申請日: 2021-11-12
• 公開（公告）號: CN114091370A
• 公開（公告）日: 2022-02-25
• 發(fā)明（設計）人: 高慶;屈杰;朱蓬勃;馬汀山;居文平
• 申請（專利權(quán)）人: 西安西熱節(jié)能技術(shù)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

本發(fā)明公開了一種預旋噴嘴進氣渦輪盤數(shù)值仿真分析方法，本發(fā)明能夠精準捕捉預旋進氣噴嘴出流尾跡在動靜干涉條件下與旋轉(zhuǎn)盤腔間的三維復雜流動換熱現(xiàn)象。可獲取不同預旋進氣角度與渦輪盤內(nèi)極值溫度所對應的函數(shù)關系式，為工程設計提供更精準的基礎數(shù)據(jù)。本發(fā)明的通用性較強，適用于多數(shù)計算流體動力學軟件如CFX、NUMECA、FLUENT等。

技術(shù)領域

本發(fā)明屬于流動換熱技術(shù)領域，具體涉及一種預旋噴嘴進氣渦輪盤數(shù)值仿真分析方法。

背景技術(shù)

預旋進氣系統(tǒng)是燃氣輪機二次空氣系統(tǒng)的重要組成部分，其作用是通過布置在靜盤上且與靜盤成一定角度的噴嘴對冷卻空氣進行切向加速，減小冷卻空氣與出氣孔轉(zhuǎn)盤的相對速度，從而降低冷卻空氣相對于出氣孔的總溫，提高冷卻效果。

在工程設計時，確定預旋進氣角度與渦輪盤內(nèi)極值溫度間的映射關系是至關重要的。考慮到進行整機高溫實際試驗較為困難的前提，使用計算流體力學的方法來進行研究是高效且便捷的。現(xiàn)有的計算模型及方法通常將預旋進氣噴嘴簡化為環(huán)形孔口，只采用簡化性周期邊界關注單體模型的特征，雖然能對給予一定的指導性意見，但單體模型計算缺乏對于全局關鍵現(xiàn)象，例如動靜干涉條件下，預旋噴嘴進汽汽流尾跡對渦輪盤腔內(nèi)換熱影響的三維流動現(xiàn)象的捕捉。簡化計算方式使得計算模型的邊界條件在一定程度上與真實模型不符，模擬結(jié)果將產(chǎn)生不確定的插值誤差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服上述不足，提供一種預旋噴嘴進氣渦輪盤數(shù)值仿真分析方法，該方法建立了全三維的計算模型，包括預旋進氣噴嘴、靜止盤、旋轉(zhuǎn)盤及出氣孔的計算域模型，因而能夠精準對不同旋轉(zhuǎn)窗口汽流出流相互間以及其與葉柵主流間的三維復雜摻混現(xiàn)象的進行捕捉，使轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)角與抽汽及通流流量的計算結(jié)果更加真實可靠。

為了達到上述目的，本發(fā)明包括以下步驟：

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(zhuǎn)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(wǎng)格刨分生成多塊結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格；

S3，依據(jù)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(shù)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(shù)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(nèi)的極值溫度所對應的函數(shù)關系式，最終評估渦輪盤預旋進氣方式的不同對渦輪轉(zhuǎn)靜系盤腔內(nèi)的流動以及換熱的影響規(guī)律。

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(zhuǎn)周期角度依據(jù)預旋進氣噴嘴個數(shù)設置；

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

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(zhuǎn)盤及出汽口計算域模型。

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(wǎng)格刨分，通過由頂至下的方式，生成多重拓撲塊的結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，網(wǎng)格生成時在壁面進行網(wǎng)格加密，同時在預旋進氣噴嘴壁面處采用O型網(wǎng)格生成邊界層，生成網(wǎng)格時，保證網(wǎng)格最大長寬比小于50，正交角大于55度；

S21，將旋轉(zhuǎn)盤及出汽口的三維計算域模型進行網(wǎng)格刨分，旋轉(zhuǎn)盤處的拓撲結(jié)構(gòu)采用H型結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，出汽口處的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)采用C型及O型拓撲貼體網(wǎng)格，以保證圓孔處的網(wǎng)格質(zhì)量。

將預旋進氣噴嘴及靜止盤三維計算域模型導入網(wǎng)格生成軟件ICEM進行網(wǎng)格刨分；