一种两级增压系统高低压级涡轮的仿真方法技术方案

本发明专利技术公开了一种两级增压系统高低压级涡轮的仿真方法，其中，该方法的步骤较为简便，设置条件合理；可准确模拟耦合畸变效应对低压级涡轮性能的影响，并实现对该影响的定量和定性分析，基于分析结果可指导改进如何消除该影响。即：得出上游高压级涡轮出口非均匀旋流带来的下游低压级涡轮进口旋涡特性及涡轮级间耦合畸变对低压级涡轮性能的影响，从而指导设计出削弱此种影响的结构，进一步提高匹配了两级增压系统的发动机性能。级增压系统的发动机性能。级增压系统的发动机性能。

【技术实现步骤摘要】
一种两级增压系统高低压级涡轮的仿真方法


[0001]本专利技术属于叶轮机械增压技术仿真领域，特别涉及一种两级增压系统高低压级涡轮的仿真方法。

技术介绍

[0002]相比单级增压系统，两级增压系统不但同样具备提升发动机性能的优点，还可以弥补单级增压系统的不足，具有很好的应用价值。但是两级增压系统也存在着不可忽视的问题：
[0003]两级增压系统布置较为紧凑，两级增压系统中的涡轮级间存在着复杂的耦合畸变效应，高压级涡轮出口非均匀流动是一个普遍现象，对于低压级涡轮内流动必然会存在影响。
[0004]当前阶段，对两级增压系统高低压级涡轮间耦合流动效应的研究较少，如果能够对耦合流动深入研究，就可以在现有的基础上进一步提升涡轮性能。因此，需要考虑涡轮级间耦合畸变效应对低压级涡轮性能的影响，并削弱此影响；但如何对该影响进行定量和定性分析，进而指导实现削弱该影响，成为同行从业人员亟待解决的问题。

技术实现思路

[0005]鉴于现有技术的不足，本专利技术提供一种两级增压系统高低压级涡轮的仿真方法，可解决级间耦合畸变效应对低压级涡轮性能的影响无法进行定量和定性分析的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：
[0007]本专利技术实施例提供一种两级增压系统高低压级涡轮的仿真方法，包括：
[0008]S10、构建两级增压系统中高压级涡轮和低压级涡轮的仿真模型，并设置边界条件；
[0009]S20、将低压级涡轮进口设置总温、总压，出口设置均匀静压，利用CFD软件对低压级涡轮进行数值计算，得到均匀进气条件下低压级涡轮的仿真计算结果及低压级涡轮流量；
[0010]S30、按照预设规则选取高压级涡轮计算工况，对高压级涡轮进口设置总温、总压，出口设置步骤S20中的低压级涡轮流量，再利用CFD软件对高压级涡轮进行数值计算，得到高压级涡轮的出口的流场分布数据，包括：高压级涡轮出口非均匀的总压、速度场；
[0011]S40、将低压级涡轮的进口设置步骤S30中高压级涡轮出口非均匀的总压、速度场；低压级涡轮的出口设置步骤S20中的低压级涡轮流量，利用CFD软件对低压级涡轮进行数值计算，得到非均匀进气条件下低压级涡轮的仿真计算结果；
[0012]S50、将步骤S40得到的非均匀进气条件下低压级涡轮的仿真计算结果和步骤S20得到的均匀进气条件下低压级涡轮的仿真计算结果进行对比分析，得到均匀进气和非均匀进气条件下对低压级涡轮性能的影响规律并指导削弱此影响。
[0013]进一步地，所述步骤S10中，构建两级增压系统中高压级涡轮和低压级涡轮仿真模
型，包括：
[0014]高、低压级涡轮分段建模，首先完成蜗壳网格的划分，其次对叶轮进行网格划分，最后整合涡轮级网格；其中包括：计算域的划分；
[0015]所述计算域的划分包括：高压级涡轮入口与排气管出口管径相同，高压级涡轮出口的圆台形状延长段与低压级涡轮入口相接，圆台底部半径与低压级入口相同；在低压级转子出口处设有圆柱形延长段，延长到低压级涡轮箱出口处。
[0016]进一步地，所述步骤S10中，设置边界条件，包括：
[0017]选择Perfectair、S
‑
A湍流模型，交界面采用完全非匹配混合平面法；
[0018]对于高低压级涡轮出入口面边界条件设置如下：
[0019](1)均匀进气条件下低压级涡轮进口设置总温、总压，出口设置均匀静压；
[0020](2)高压级涡轮进口设置总温、总压，出口设置低压级涡轮流量；
[0021](3)非均匀进气条件的低压级涡轮进口设置高压级涡轮出口的非均匀总压、速度场，出口设置高压级涡轮流量。
[0022]进一步地，所述步骤S50中涉及步骤S20和步骤S40的仿真结果的对比分析包括：
[0023]均匀进气条件和非均匀进气条件下低压级涡轮效率特性变化数据；
[0024]均匀进气条件和非均匀进气条件下低压级涡轮流量特性变化数据；
[0025]均匀进气条件和非均匀进气条件下低压级涡轮箱内部总压损失系数的变化数据；
[0026]均匀进气条件和非均匀进气条件下低压级涡轮叶轮入口相对气流角沿叶高方向的分布变化数据；
[0027]均匀进气条件和非均匀进气条件下低压级涡轮叶轮入口相对气流角周向分布变化数据。
[0028]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
[0029]本专利技术实施例提供的两级增压系统高低压级涡轮的仿真方法，步骤较为简便，设置条件合理；可准确模拟耦合畸变效应对低压级涡轮性能的影响，并可对该影响进行定量和定性分析，基于分析结果可指导如何削弱该影响。即：得出上游高压级涡轮出口非均匀旋流带来的下游低压级涡轮进口旋涡特性及涡轮级间耦合畸变对低压级涡轮性能的影响，从而指导设计出削弱此种影响的结构，进一步提高匹配了两级增压系统的发动机性能。
附图说明
[0030]图1为本专利技术实施例提供的两级涡轮增压系统高低压级涡轮的仿真方法流程图；
[0031]图2为本专利技术实施例提供的某V型发动机的两级增压系统三维几何模型示意图；
[0032]图3a为图2中的A侧两级增压系统中高压级涡轮计算域划分示意图；
[0033]图3b为图2中的A侧两级增压系统中低压级涡轮计算域划分示意图；
[0034]图4为本专利技术实施例中提供的低压级涡轮网格示意图；
[0035]图5为本专利技术实施例提供的高压级涡轮出口不均匀流场示意图；
[0036]图6为本专利技术实施例提供的均匀进气和非均匀进气条件下低压级涡轮效率特性曲线对比图；
[0037]图7为本专利技术实施例提供的均匀进气条件和非均匀进气条件下低压级涡轮箱内部总压损失系数对比图；
[0038]图8为本专利技术实施例提供的均匀进气条件和非均匀进气条件下低压级涡轮叶轮入口相对气流角沿叶高方向分布对比图；
[0039]图9为本专利技术实施例提供的均匀进气条件和非均匀进气条件下低压级涡轮叶轮入口相对气流角周向分布对比图；
[0040]图10为本专利技术实施例提供的整流栅结构示意图。
具体实施方式
[0041]为使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本专利技术。
[0042]在本专利技术的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0043]在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种两级增压系统高低压级涡轮的仿真方法，其特征在于，包括：S10、构建两级增压系统中高压级涡轮和低压级涡轮的仿真模型，并设置边界条件；S20、将低压级涡轮进口设置总温、总压，出口设置均匀静压，利用CFD软件对低压级涡轮进行数值计算，得到均匀进气条件下低压级涡轮的仿真计算结果及低压级涡轮流量；S30、按照预设规则选取高压级涡轮计算工况，对高压级涡轮进口设置总温、总压，出口设置步骤S20中的低压级涡轮流量，再利用CFD软件对高压级涡轮进行数值计算，得到高压级涡轮的出口的流场分布数据，包括：高压级涡轮出口非均匀的总压、速度场；S40、将低压级涡轮的进口设置步骤S30中高压级涡轮出口非均匀的总压、速度场；低压级涡轮的出口设置步骤S20中的低压级涡轮流量，利用CFD软件对低压级涡轮进行数值计算，得到非均匀进气条件下低压级涡轮的仿真计算结果；S50、将步骤S40得到的非均匀进气条件下低压级涡轮的仿真计算结果和步骤S20得到的均匀进气条件下低压级涡轮的仿真计算结果进行对比分析，得到均匀进气和非均匀进气条件下对低压级涡轮性能的影响规律并指导削弱此影响。2.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：施新，陈雪康，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：