一种防冰叶片的设计计算方法技术

本发明专利技术涉及一种发动机压气机零级防冰叶片的设计计算方法。其主要是建立叶片内部热气流腔和引气管路独立流动单元，再将全部独立流动单元和引气管路连接构成流路网络图，进行流量计算，水撞击率计算，叶片外换热系数计算，叶片内部热气流腔的换热系数计算，叶片热平衡计算，最后对计算结果分析。本发明专利技术能快速完成叶片内部热气流腔的建立和修改、流路网络图的生成、叶片内部热气流腔的流动、换热和水撞击率计算以及热平衡计算分析，缩短设计周期，减少了设计费用。

【技术实现步骤摘要】

：本专利技术涉及一种航空燃气轮机的计算方法，具体涉及一种涡轮轴发动机压气机零级防冰叶片的设计计算方法。
技术介绍
航空燃气轮机压气机零级叶片直接与大气接触，大气经压气机零级叶片进入压气机，在寒冷的天气，大气中存在的液态水撞击在压气机零级叶片上结冰，压气机零级叶片上结冰会影响发动机的正常工作，严重时会损害发动机，影响飞行安全。通常是引入一定热气流来防止压气机零级叶片结冰。叶片内部热气流道、热气流量是由试验确定，设计周期长，费用高。为了缩短设计周期和费用，这就需要一种叶片防冰设计计算方法，完成叶片防冰结构的修改、性能分析的叶片防冰设计计算。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种设计周期短，费用低的叶片防冰设计计算方法。本专利技术的防冰叶片设计计算方法，该计算方法步骤如下：1、建立叶片内部热气流腔和引气管路独立流动单元，再将全部独立流动单元和引气管路连接构成流路网络图；2、流量计算-->对于任一流动节点，空气流量计算公式为：Σj=1nqmij=0]]>式中：qmij-与节点i相连的各分支的质量流量的代数值3、水撞击率计算水撞击率是叶片前缘圆、叶盆、叶背和后缘圆局部水撞击率的总和，局部水撞击率计算式：W″w，l＝ρw*V0*β，β=dY0ds]]>式中：ρw密度，：V0速度，局部水撞击效率，ds微元面积，dY0水滴间距4、叶片外换热系数计算叶片外换热系数包括叶片前缘、叶盆、叶背和后缘圆局部换热系数，叶片前缘换热系数的计算公式为：α=1.14λDReD0.5Pr0.4[1-(θ90)3]]]>式中：λ-空气的导热系数，D-叶片前缘当量直径，ReD-以D为特征尺寸的来流空气雷诺数Pr-空气普朗特数，θ-计自前缘驻点的角度叶盆、叶背和后缘圆换热系数的计算公式为：α=ncλSReSn2Prn1]]>式中：nc＝0.02--0.4，n1＝0.05-0.7，n2＝0.25-0.5-->λ-空气的导热系数，s-叶片表面弧长Res-以s为特征尺寸的来流空气雷诺数，Pr-空气普朗特数5、叶片内部热气流腔的换热系数计算叶片内部热流腔的换热系数计算公式为：α=0.023λDeReDe0.8Pr0.4]]>式中：λ-空气的导热系数，De-流通管道的当量直径ReDe-以De为特征长度的雷诺数，Pr-空气普朗特数6、叶片热平衡计算叶片热平衡是叶片表面对流换热热流q1，表面水蒸发散热q2，附面层摩擦加热热流q3，对收集水的加热热流q4，水微滴动能转变来的加热热流q5，叶片内腔热气流加热热流q的平衡，叶片热平衡计算公式为：q＝q1+q2-q3+q4-q5叶片表面温度分布t的计算公式为t＝f(q1，q2，q3，q4，q5)7、计算结果分析叶片表面温度分布t的最小温度tmin的计算公式为：tmin＝∑ttmin大于设计点值t0时，叶片内部热气流腔为设计合理。本专利技术的防冰叶片设计计算方法具有如下优点：能快速完成叶片内部热气流腔的建立和修改、流路网络图的生成、叶片内部热气流腔的流动、换热和水撞击率计算以及热平衡计算分析，缩短设计周期短，-->减少了设计费用。附图说明图1是本专利技术的叶片内部热气流腔和引气管路结构示意图图2是本专利技术的流动网络图图中1、引气管，2、第一腔、3、第二腔，4、第三腔，5、第四腔，6、第五腔，7、叶片前缘，8、叶片尾缘。具体实施方式建立5个叶片内部热气流腔和一个引气管路1独立流动单元，再将第一腔2、第二腔2、第三腔4、第四腔6、第五腔7和引气管1连接成流路网络图，热气流由引气管1按流路网络图的流路依次进入各热气流腔，再由尾缘8的热气流腔出口排入主流道中。根据公式Σj=1nqmij=0]]>计算出热气流腔的流量为：q10＝2.85克/秒  q17＝5.86克/秒  q18＝7.24克/秒q14＝5.86克/秒  q12＝2.85克/秒根据公式W″w，l＝ρw*V0*β计算出水撞击率：W＝1.536克/秒根据公式α=1.14λDReD0.5Pr0.4[1-(θ90)3]]]>α=ncλsResn1Prn2]]>计算出：叶片前缘外换热系数1500瓦/米2K-->叶盆外换热系数210瓦/米2K叶背外换热系数225瓦/米2K叶片后缘换热系数135瓦/米2K根据公式α=0.023λDeReDe0.8Pr0.4]]>计算出叶片内部热气流腔的换热系数根据公式q＝q1+q2-q3+q4-q5，t＝f(q1，q2，q3，q4，q5)计算出；叶片表面温度分布t(280，290，……317K)根据公式tmin＝∑t计算出叶片表面最小温度tmin＝280K，最小温度tmin大于设计点t0＝273K，所设计的防冰叶片满足设计要求。-->本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种防冰叶片设计计算方法，其特征在于：　Ａ、建立叶片内部热气流腔和引气管路独立流动单元，再将全部独立流动单元和引气管路连接构成流路网络图；　Ｂ、流量计算　对于任一流动节点，空气流量计算公式为：　＊ｑ↓［ｍｉｊ］＝０式中：ｑ↓［ｍｉｊ］－从ｉ流动单元到ｊ流动单元的质量流量的代数值；　Ｃ、水撞击率计算　水撞击率是叶片前缘圆、叶盆、叶背和后缘圆局部水撞击率的总和，局部水撞击率的计算式为：　Ｗ″↓［ｗ，ｌ］＝ρ↓［ｗ］＊Ｖ↓［０］＊ββ＝ｄＹ↓［０］／ｄｓ　式中：ρ↓［ｗ］密度，：Ｖ↓［０］速度，局部水撞击效率，ｄｓ微元面积，ｄＹ↓［０］水滴间距；　Ｄ、叶片外换热系数计算　叶片外换热系数包括叶片前缘、叶盆、叶背和后缘圆局部换热系数，叶片前缘的计算公式为：　α＝１．１４λ／ＤＲｅ↓［Ｄ］↑［０．５］Ｐｒ↑［０．４］［１－（θ／９０）↑［３］］　式中：λ－空气的导热系数，Ｄ－叶片前缘当量直径，　Ｒｅ↓［Ｄ］－以Ｄ为特征尺寸的来流空气雷诺数　Ｐｒ－空气普朗特数θ－计自前缘驻点的角度，　叶盆、叶背和后缘圆的计算公式为：　α＝ｎ↓［ｃ］λ／ｓＲｅ↓［ｓ］↑［ｎ↓［２］］Ｐｒ↑［ｎ↓［１］］　式中：ｎ↓［ｃ］＝０．０２－－０．４，ｎ↓［１］＝０．０５－０．７，ｎ↓［２］＝０．２５－０．５　λ－空气的导热系数，ｓ－叶片表面弧长　Ｒｅ↓［ｓ］－以ｓ为特征尺寸的来流空气雷诺数，Ｐｒ－空气普朗特数；　Ｅ、叶片内部热气流腔的换热系数计算　根据公式　α＝０．０２３λ／ＤｅＲｅ↓［Ｄｅ］↑［０．８］Ｐｒ↑［０．４］　式中：λ－空气的导热系数，Ｄｅ－流通管道的当量直径　Ｒｅ↓［Ｄｅ］－以Ｄｅ为特征长度的雷诺数，Ｐｒ－空气普朗特数；　Ｆ、叶片热平衡计算　根据热平衡计算公式ｑ＝ｑ↓［１］＋ｑ↓［２］－ｑ↓［３］＋ｑ↓［４］－ｑ↓［５］，计算叶片表面温度分布ｔ；　Ｇ、计算结果分析　叶片表面温度分布ｔ由公式ｔ↓［ｍｉｎ］＝∑ｔ计算出叶片表面最小温度ｔ↓［ｍｉｎ］，ｔ↓［ｍｉｎ］大于设计点值ｔ↓［０］时，叶片内部热气流腔为设计合理。...

【技术特征摘要】
1、一种防冰叶片设计计算方法，其特征在于：A、建立叶片内部热气流腔和引气管路独立流动单元，再将全部独立流动单元和引气管路连接构成流路网络图；B、流量计算对于任一流动节点，空气流量计算公式为：Σj=1nqmij=0]]>式中：qmij-从i流动单元到j流动单元的质量流量的代数值；C、水撞击率计算水撞击率是叶片前缘圆、叶盆、叶背和后缘圆局部水撞击率的总和，局部水撞击率的计算式为：W″w，l＝ρw*V0*ββ=dY0ds]]>式中：ρw密度，：V0速度，局部水撞击效率，ds微元面积，dY0水滴间距；D、叶片外换热系数计算叶片外换热系数包括叶片前缘、叶盆、叶背和后缘圆局部换热系数，叶片前缘的计算公式为：α=1.14λDReD0.5Pr0.4[1-(θ90)3]]]>式中：λ-空气的导热系数，D-叶片前缘当量直径，ReD-以D为特...

【专利技术属性】
技术研发人员：周志翔，邱长波，
申请(专利权)人：中国航空动力机械研究所，
类型：发明
国别省市：43[]