一种叶轮机通流模型中周向脉动应力项的代数建模方法技术

本发明专利技术涉及一种叶轮机通流模型中周向脉动应力项的代数建模方法，步骤一：明确通流模型的控制方程及周向脉动应力项的定义，建立考虑周向脉动应力项的周向平均Euler方程；步骤二：根据叶片通道进口流动特点，采用势流分析假设；步骤三：直接假设流动参数沿周向的分布形式，建立叶轮机通流模型中周向脉动应力项的代数建模方法；步骤四：网格生成及流场求解，得到三维数值模拟结果和通流计算的结果；步骤五：周向不均匀性对叶片通道进口流动的影响分析。本发明专利技术可得到通流模型中主要由于环量变化所诱发的周向脉动应力项，对于提高通流模型对流场的预测精度具有一定的指导意义和工程实用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种叶轮机通流模型中周向脉动应力项的代数建模方法
本专利技术涉及一种叶轮机通流模型中周向脉动应力项的代数建模方法，它涉及到空气动力学及航空燃气涡轮发动机压气机叶片设计，属于航空燃气涡轮发动机压气机叶片气动设计分析领域。
技术介绍
自20世纪30年代现代燃气涡轮发动机诞生以来，航空发动机的性能获得了巨大的提高。在经历四个发展阶段以后，各发达国家现役主力机种发动机推重比已由最初的2提高到现今的7～9(F110、F100、AL31Ф等)，少数达到9～11(如F119、M88-Ⅲ、AL41Ф)。同时，耗油率和噪声降低，可靠性也有了很大的改善。如今作为知识密集、军民两用的高科技产品，航空发动机的研制水平在很大程度上代表了国家工业水平、科学技术水平和经济实力。世界各国(如美、英、法、俄、德等)对航空动力的研制给予了极大的重视，制定和实施了一系列研究计划，为各种先进军、民用发动机提供了坚实的技术基础，其中都将提高推重比列为关键发展目标，包括美国的综合高性能发动机技术(IHPTET)计划及其后续多用途、经济可承受的先进涡轮发动机(VAATE)计划，英国和法国联合实施的先进军用发动机技术(AMET)计本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种叶轮机通流模型中周向脉动应力项的代数建模方法，其特征在于：该方法具体步骤为：步骤一：明确通流模型的控制方程及周向脉动应力项的定义，建立考虑周向脉动应力项的周向平均Euler方程；对于可压流，流动参数采用密度加权平均的方式，具体采用密度加权的周向平均Euler方程；步骤二：根据叶片通道进口流动特点，采用势流分析假设；诱发叶轮机周向不均匀性的定常因素有环量沿流向的梯度及粘性的作用，对于叶片通道进口的流动，粘性剪切很弱，因此环量沿流向的梯度所对应的压力势的特征是诱发周向不均匀性的因素；假设流动在绝对坐标系下式无旋的：

【技术特征摘要】
1.一种叶轮机通流模型中周向脉动应力项的代数建模方法，其特征在于：该方法具体步骤为：步骤一：明确通流模型的控制方程及周向脉动应力项的定义，建立考虑周向脉动应力项的周向平均Euler方程；对于可压流，流动参数采用密度加权平均的方式，具体采用密度加权的周向平均Euler方程；步骤二：根据叶片通道进口流动特点，采用势流分析假设；诱发叶轮机周向不均匀性的定常因素有环量沿流向的梯度及粘性的作用，对于叶片通道进口的流动，粘性剪切很弱，因此环量沿流向的梯度所对应的压力势的特征是诱发周向不均匀性的因素；假设流动在绝对坐标系下式无旋的：在这一假设下，S1流面上的流场视为一系列的流管；式中符号说明如下：▽——哈密顿算子——绝对速度矢量(m/s)S1流面——叶片到叶片的流面；步骤三：直接假设流动参数沿周向的分布形式，建立叶轮机通流模型中周向脉动应力项的代数建模方法；经过步骤二流动在绝对坐标下的无旋假设，S1流面上的流场视为一系列的流管；进一步假设这些流管间流动参数沿周向的分布函数，在确定这些分布函数的参数后，结合周向平均的定义，实现周向脉动应力项的求解；步骤四：网格生成及流场求解，得到三维数值模拟结果和通流计算的结果；采用商用软件NUMECA进行定常粘性的三维数值模拟；除了三维数值模拟，基于一种通流软件开展了以下两种类型的Euler通流计算：1)CAM：未考虑周向不均匀性的周向平均通流计算；2)CAM+MODEL：加入了以代数模型计算的周向脉动应力项的周向平均通流计算；步骤五：周向不均匀性对叶片通道进口流动的影响分析。2.根据权利要求1所述的一种叶轮机通流模型中周向脉动应力项的代数建模方法，其特征在于：在步骤一中所述的“明确通流模型的控制方程及周向脉动应力项的定义，建立考虑周向脉动应力项的周向平均Euler方程”，建立的方法如下：1)周向平均算子的定义在叶轮机械的三维流动中，对于任一流动参数，周向平均定义为：其中，q为某流动参数；为该流动参数的周向平均值；和分别为叶片吸力面和压力面在相对柱坐标系内的角坐标；周向平均的积分方向与转子转动方向一致，故在静叶通道中，积分方向为从吸力面到压力面；定义由于叶片厚度产生的堵塞系数：其中，b为堵塞系数；N为叶片数；堵塞系数b在叶片区小于1，在非叶片区等于1；给出周向平均运算的定义后，流动参数分解为该参数的周向平均值和周向不均匀值两部分：对于可压流，给出密度加权周向平均的定义：由上式可知，同理，可压流的流动参数也分解为周向平均值和周向不均匀值：根据周向平均的定义可知，因而有：同理，对于可压流有：上式中出现了类似雷诺应力项的高阶项和即周向不均匀项，这些项的产生一方面是由于方程本身的非线性性，另一方面则是由于叶轮机械流场中参数具有周向不均匀性；2)周向平均的Euler方程将上述周向平均算子应用到相对柱坐标系下的Euler方程中，得到周向平均的Euler方程：

【专利技术属性】
技术研发人员：金东海，桂幸民，唐明智，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11