叶轮机缘线匹配方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种叶轮机缘线匹配方法及装置，其中，叶轮机缘线匹配方法包括：通过预获速度模型得到流体从上游导叶流向下游导叶过程中的沿程速度分布；根据沿程速度分布确定流体从上游导叶尾缘流动至下游导叶前缘的周向总偏移距离；根据周向总偏移距离得到下游导叶前缘相对于上游导叶尾缘的最优时序位置。此种叶轮机缘线匹配方法可以简单快捷地寻找到叶轮机最优时序位置，避免了通过数值软件模拟计算的过程，能够节约计算时间和计算资源，提高设计效率。

【技术实现步骤摘要】
叶轮机缘线匹配方法及装置
本专利技术涉及叶轮机设计
，尤其涉及一种叶轮机缘线匹配方法及装置。
技术介绍
叶轮机气动设计一般追求高的气动性能，而随着设计方法的发展，越来越显现定常设计的局限性。叶轮机内部流场本质上是具有高度非定常性的，而充分挖掘非定常效应带来的气动收益是新的突破口。通过布局叶轮机的时序位置来利用流场的非定常效应可以进一步提高叶轮机的等熵效率。不同时序位置对叶轮机等熵效率影响不同，存在一个最优时序位置。为找到该最优时序位置，可以通过对叶轮机不同时序位置进行非定常数值模拟进而得到叶轮机最优时序位置；也可以通过半数值模拟半经验公式计算得到叶轮机最优时序位置。上述第一种方法在寻找最优时序位置过程中将遇到以下问题：一、目前非定常计算可能涉及到叶片约化问题，过程繁琐；二、多个算例的非定常计算对计算机资源要求较高；三、数值模拟反复迭代容易造成计算周期长。上述第二种方法比第一种方法在时间和资源消耗上减少了很多，但仍不可避免使用数值模拟，消耗计算资源。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种叶轮机缘线匹配方法及装置，能够快速有效地得到叶轮机的最优时序位置，以对叶轮机的缘线进行匹配。为实现上述目的，本专利技术第一方面提供了一种叶轮机缘线匹配方法，包括：通过预获速度模型得到流体从上游导叶流向下游导叶过程中的沿程速度分布；根据所述沿程速度分布确定流体从上游导叶尾缘流动至下游导叶前缘的周向总偏移距离；根据所述周向总偏移距离得到下游导叶前缘相对于上游导叶尾缘的最优时序位置。进一步地，所述通过预获速度模型得到流体在流经动叶通道时的沿程速度分布的步骤具体包括：在所述动叶通道内沿轴向取至少三个位置，其中所述至少三个位置包括动叶通道入口、动叶通道出口以及至少一个动叶通道中间位置；根据所述至少三个位置对应的所述预获速度模型得到流体流经相应位置时的轴向速度值；根据所述至少三个位置对应的轴向速度值获得流体的轴向速度与位置关系模型，以便获得动叶通道内任意位置的轴向速度值。进一步地，所述动叶通道中间位置位于所述动叶的吸力面凸背处，所述根据所述至少三个位置对应的轴向速度值获得流体的轴向速度与位置关系模型的步骤包括：使所述动叶通道入口与所述动叶的吸力面凸背处的沿程速度分布、以及所述动叶的吸力面凸背处与所述动叶通道出口的沿程速度设为线性关系。进一步地，所述根据所述沿程速度分布确定流体从上游导叶尾缘流动至下游导叶前缘的周向总偏移距离的步骤包括：根据所述沿程速度分布确定流体通过动叶通道的第一时间、以及流体通过所述动叶通道出口与下游导叶轴向间距的第二时间；根据所述第一时间和所述第二时间确定所述周向总偏移距离。进一步地，所述根据所述沿程速度分布确定流体通过动叶通道的第一时间的步骤包括：在所述动叶通道内沿轴向取至少三个位置，其中所述至少三个位置包括动叶通道入口、动叶通道出口以及至少一个动叶通道中间位置；根据所述至少三个位置对应的所述预获速度模型得到流体流经相应位置时的轴向速度值；根据所述至少三个位置对应的流体的轴向速度值、动叶轴向弦长、所述至少一个动叶通道中间点到动叶通道入口的轴向距离，确定所述第一时间。进一步地，所述根据所述沿程速度分布确定流体通过动叶通道的第二时间的步骤包括：在动叶通道出口与下游导叶前缘之间沿轴向取至少两个位置，所述至少两个位置包括动叶通道出口和下游导叶前缘；根据至少两个位置对应的预获速度模型得到流体流经相应位置时的轴向速度值；根据所述至少两个位置对应的流体的轴向速度值、动叶通道出口与下游导叶的轴向间距，确定所述第二时间。进一步地，各位置对应的所述预获速度模型通过如下步骤得到：根据轴向某位置处的通流面积、总压、总温和动叶物理流量得出该位置对应的马赫数；根据该位置对应的马赫数、通流面积、总压、总温和动叶物理流量得到流体经过该位置的轴向速度值。进一步地，动叶的吸力面凸背处对应的马赫数和轴向速度值还与动叶叶片数目、所述动叶的吸力面凸背处的叶片厚度相关。进一步地，所述根据所述第一时间和所述第二时间确定所述周向总偏移距离的步骤包括：根据上游导叶尾缘和动叶通道入口的轴向间距、上游导叶出口几何角确定流体的第一周向偏移距离，其中，所述第一周向偏移距离为流体从上游导叶尾缘到达动叶通道入口处的周向偏移距离；根据动叶基元级径向半径、叶轮机转速和所述第一时间确定流体的第二周向偏移距离，其中，所述第二周向偏移距离为流体从动叶通道入口到达动叶通道出口的周向偏移距离；根据动叶基元级径向半径、叶轮机转速、动叶出口几何角、动叶通道出口与下游导叶前缘的轴线间距、和所述第二时间确定流体的第三周向偏移距离，其中，所述第三周向偏移距离为流体从动叶通道出口处到达下游导叶前缘处的周向偏移距离；将所述第一周向偏移距离、第二周向偏移距离和第三周向偏移距离的和作为所述周向总偏移距离。进一步地，所述根据所述周向总偏移距离得到下游导叶前缘相对于上游导叶尾缘的最优时序位置的步骤包括：根据所述周向总偏移距离、下游导叶基元级径向半径以及下游导叶叶片数目确定下游导叶前缘相对于上游导叶尾缘的周向相对位置，作为最优时序位置。为实现上述目的，本专利技术第二方面提供了一种叶轮机缘线确定装置，包括：速度获取模块，用于通过预获速度模型得到流体从上游导叶流向下游导叶过程中的沿程速度分布；总偏移获取模块，用于根据所述沿程速度分布确定流体从上游导叶尾缘流动至下游导叶前缘的周向总偏移距离；最优时序获取模块，用于根据所述周向总偏移距离得到下游导叶前缘相对于上游导叶尾缘的最优时序位置。进一步地，所述速度获取模块包括典型位置速度计算单元，所述速度计算单元用于在所述动叶通道内沿轴向取至少三个位置时，其中所述至少三个位置包括动叶通道入口、动叶通道出口以及至少一个动叶通道中间位置；根据所述至少三个位置对应的所述预获速度模型得到流体流经相应位置时的轴向速度值；再根据所述至少三个位置对应的轴向速度值获得流体的轴向速度与位置关系模型，以便获得动叶通道内任意位置的轴向速度值。进一步地，所述速度获取模块还包括沿程速度模型获得单元，所述沿程速度模型获得单元用于使所述动叶通道入口与所述动叶的吸力面凸背处的沿程速度分布、以及所述动叶的吸力面凸背处与所述动叶通道出口的沿程速度设为线性关系。进一步地，所述总偏移获取模块包括时间获取单元和总偏移获取单元，其中，所述时间获取单元用于根据所述沿程速度分布确定流体通过动叶通道的第一时间、以及流体通过所述动叶通道出口与下游导叶轴向间距的第二时间；所述总偏移获取单元用于根据所述第一时间和所述第二时间确定所述周向总偏移距离。进一步地，所述时间获取单元包括第一时间获取子单元，其中：所述第一时间获取子单元用于在所述动叶通道内沿轴向取至少三个位置时，其中所述至少三个位置包括动叶通道入口、动叶通道出口以及至少一个动叶通道中间位置；根据所述至少三个位置对应的所述预获速度模型得到流体流经相应位置时的轴向速度值；再根据所述至少三个位置对应的流体的轴向速度值、动叶轴向弦长、所述至少一个动叶通道中间点到动叶通道入口的轴向距离，确定所述第一时间。进一步地，所述时间获取单元包括第二时间获取子单元，其中：所述第二时间获取子单元用于在动叶通道出口与下游导叶前缘之间沿轴向取至少两个位置时，所述至少两个位置包括动叶通道出口和下游导叶前本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种叶轮机缘线匹配方法，其特征在于，包括：通过预获速度模型得到流体从上游导叶流向下游导叶过程中的沿程速度分布；根据所述沿程速度分布确定流体从上游导叶尾缘流动至下游导叶前缘的周向总偏移距离；根据所述周向总偏移距离得到下游导叶前缘相对于上游导叶尾缘的最优时序位置。

【技术特征摘要】
1.一种叶轮机缘线匹配方法，其特征在于，包括：通过预获速度模型得到流体从上游导叶流向下游导叶过程中的沿程速度分布；根据所述沿程速度分布确定流体从上游导叶尾缘流动至下游导叶前缘的周向总偏移距离；根据所述周向总偏移距离得到下游导叶前缘相对于上游导叶尾缘的最优时序位置。2.根据权利要求1所述的叶轮机缘线匹配方法，其特征在于，所述通过预获速度模型得到流体在流经动叶通道时的沿程速度分布的步骤具体包括：在所述动叶通道内沿轴向取至少三个位置，其中所述至少三个位置包括动叶通道入口、动叶通道出口以及至少一个动叶通道中间位置；根据所述至少三个位置对应的所述预获速度模型得到流体流经相应位置时的轴向速度值；根据所述至少三个位置对应的轴向速度值获得流体的轴向速度与位置关系模型，以便获得动叶通道内任意位置的轴向速度值。3.根据权利要求2所述的叶轮机缘线匹配方法，其特征在于，所述动叶通道中间位置位于所述动叶的吸力面凸背处，所述根据所述至少三个位置对应的轴向速度值获得流体的轴向速度与位置关系模型的步骤包括：使所述动叶通道入口与所述动叶的吸力面凸背处的沿程速度分布、以及所述动叶的吸力面凸背处与所述动叶通道出口的沿程速度设为线性关系。4.根据权利要求1所述的叶轮机缘线匹配方法，其特征在于，所述根据所述沿程速度分布确定流体从上游导叶尾缘流动至下游导叶前缘的周向总偏移距离的步骤包括：根据所述沿程速度分布确定流体通过动叶通道的第一时间、以及流体通过所述动叶通道出口与下游导叶轴向间距的第二时间；根据所述第一时间和所述第二时间确定所述周向总偏移距离。5.根据权利要求4所述的叶轮机缘线匹配方法，其特征在于，所述根据所述沿程速度分布确定流体通过动叶通道的第一时间的步骤包括：在所述动叶通道内沿轴向取至少三个位置，其中所述至少三个位置包括动叶通道入口、动叶通道出口以及至少一个动叶通道中间位置；根据所述至少三个位置对应的所述预获速度模型得到流体流经相应位置时的轴向速度值；根据所述至少三个位置对应的流体的轴向速度值、动叶轴向弦长、所述至少一个动叶通道中间点到动叶通道入口的轴向距离，确定所述第一时间。6.根据权利要求4所述的叶轮机缘线匹配方法，其特征在于，所述根据所述沿程速度分布确定流体通过动叶通道的第二时间的步骤包括：在动叶通道出口与下游导叶前缘之间沿轴向取至少两个位置，所述至少两个位置包括动叶通道出口和下游导叶前缘；根据至少两个位置对应的预获速度模型得到流体流经相应位置时的轴向速度值；根据所述至少两个位置对应的流体的轴向速度值、动叶通道出口与下游导叶的轴向间距，确定所述第二时间。7.根据权利要求1所述的叶轮机缘线匹配方法，其特征在于，各位置对应的所述预获速度模型通过如下步骤得到：根据轴向某位置处的通流面积、总压、总温和动叶物理流量得出该位置对应的马赫数；根据该位置对应的马赫数、通流面积、总压、总温和动叶物理流量得到流体经过该位置的轴向速度值。8.根据权利要求7所述的叶轮机缘线匹配方法，其特征在于，动叶的吸力面凸背处对应的马赫数和轴向速度值还与动叶叶片数目、所述动叶的吸力面凸背处的叶片厚度相关。9.根据权利要求4所述的叶轮机缘线匹配方法，其特征在于，所述根据所述第一时间和所述第二时间确定所述周向总偏移距离的步骤包括：根据上游导叶尾缘和动叶通道入口的轴向间距、上游导叶出口几何角确定流体的第一周向偏移距离，其中，所述第一周向偏移距离为流体从上游导叶尾缘到达动叶通道入口处的周向偏移距离；根据动叶基元级径向半径、叶轮机转速和所述第一时间确定流体的第二周向偏移距离，其中，所述第二周向偏移距离为流体从动叶通道入口到达动叶通道出口的周向偏移距离；根据动叶基元级径向半径、叶轮机转速、动叶出口几何角、动叶通道出口与下游导叶前缘的轴线间距、和所述第二时间确定流体的第三周向偏移距离，其中，所述第三周向偏移距离为流体从动叶通道出口处到达下游导叶前缘处的周向偏移距离；将所述第一周向偏移距离、第二周向偏移距离和第三周向偏移距离的和作为所述周向总偏移距离。10.根据权利要求1～9任一所述的叶轮机缘线匹配方法，其特征在于，所述根据所述周向总偏移距离得到下游导叶前缘相对于上游导叶尾缘的最优时序位置的步骤包括：根据所述周向总偏移距离、下游导叶基元级径向半径以及下游导叶叶片数目确定下游导叶前缘相对于上游导叶尾缘的周向相对位置，作为最优时序位置。11.一种叶轮机缘线匹配装置，其特征在于，包括：速度获取模块(10)，用于通过预获速度模型得到流体从上游导叶流向下游导叶过程中的沿程速度分布；总偏移获取模块(20)，用于根据所述沿程速度...

【专利技术属性】
技术研发人员：张宝，李跃跃，顾玉群，严红明，
申请(专利权)人：中国航发商用航空发动机有限责任公司，
类型：发明
国别省市：上海,31