一种用于提取叶轮机械当地损失力系数的方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种用于提取叶轮机械当地损失力系数的方法及系统，方法包括以下步骤：根据设定的叶轮机械流域进出口边界条件计算叶轮机械流域的基本流场，得到不同工况下的基本流场；在所述基本流场中，基于当地损失力与熵沿流线的变化率之间的关系计算叶轮机械叶片通道内当地损失力；提取设定流线上当地损失力系数；提取不同工况下沿平均流动方向当地损失力系数，得到不同工况下，叶轮机械叶片通道内当地损失力系数沿流向的分布；本发明专利技术根据定常计算得到的基本流场提取当地损失力系数，可以有效地建立叶轮机械内当地损失力与当地流动参数的解析关系，有助于构建叶轮机械叶片通道内的体积力源项。道内的体积力源项。

A method and system for extracting local loss force coefficient of Turbomachinery

【技术实现步骤摘要】
一种用于提取叶轮机械当地损失力系数的方法及系统


[0001]本专利技术属于流体机械
，具体涉及一种用于叶轮机械性能与流动稳定性问题研究的方法，尤其涉及一种用于提取叶轮机械当地损失力系数的方法及系统。

技术介绍

[0002]叶轮机是能量转换机械，叶片对流场的作用力对流场的演化起着决定性的作用。根据作用效果可以将叶片力分解为两个部分：一部分是垂直于叶片表面，使气流发生偏转的转折力；另一部分使是与叶片表面相切，产生损失的损失力。在采用数值模拟方法研究叶轮机械性能以及流动稳定性问题时，将损失力模型添加到控制方程的源项中代替黏性及其他损失源项的影响，可以降低数值求解的难度并缩短计算周期。
[0003]为了将原本带黏性源项的非齐次方程转变为容易求解的齐次方程，必须建立损失力与流动参数的解析关系。目前可以将叶片对流场的作用替换为分布式体积力来计入黏性等损失源项的影响，现有构造分布式体积力的方法是基于多种经验损失模型进行损失预测，其构造过程繁琐且不能保证准确性。

技术实现思路

[0004]为了解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种用于提取叶轮机械当地损失力系数的方法，根据定常计算得到的基本流场提取当地损失力系数，并得到一定工况下特定流线上当地损失力系数沿流向的分布，以及不同工况下当地损失力系数沿平均流向的分布。提取方法简单，准确性高，可以有效地建立叶轮机械内当地损失力与当地流动参数的解析关系。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种用于提取叶轮机械当地损失力系数的方法，包括以下步骤：
[0006]a.根据设定的叶轮机械流域进出口边界条件计算叶轮机械流域的基本流场，得到不同工况下的基本流场；
[0007]b.在所述基本流场中，基于当地损失力与熵沿流线的变化率之间的关系计算叶轮机械叶片通道内当地损失力；
[0008]c.提取设定流线上当地损失力系数；
[0009]d.提取不同工况下沿平均流动方向当地损失力系数，得到不同工况下，叶轮机械叶片通道内当地损失力系数沿流向的分布。
[0010]基本流场计算包括以下步骤：
[0011]根据所研究叶轮机械的几何模型进行流域的提取，所提取的流域包括进口流域，叶轮机叶片通道流域，管道及气腔流域；对进口流域，管道及气腔流域进行网格划分，得到第一网格文件，对提取的叶轮机叶片通道流域进行网格划分得到第二网格文件，接着，将第一网格文件和第二网格文件导入到ANSYS CFX软件的CFX
‑
Pre模块中进行数值模拟设置，通过设定不同的进出口边界条件，获得不同工况下的基本流场。
[0012]基于熵s和熵的当地变化率计算如下：
[0013]在目录树Expression下，按照下式计算熵值
[0014][0015]其中，T为当地温度，P为当地压力；T0、P0分别为环境温度、压力，作为计算熵值的参考温度和压力；C
p
为定压比热容；
[0016]编辑计算熵值的函数Entropy，然后在目录树Variables中自定义参数熵s，s与计算熵值的函数Entropy相关联；
[0017]在目录树Variables中自定义参数s.Gradient，计算熵的当地变化率。
[0018]当地损失力分析包括以下步骤：
[0019]将叶轮机械内某处的当地叶片力分解为当地损失力和当地转折力两部分，其中当地转折力垂直于当地速度，使气流发生偏转；当地损失力平行于当地速度且反向、做功仅产生熵增，具体表示为：
[0020][0021]标量式可以写为：T为当地温度，ds表示当地熵变，F
L
为当地损失力的模；
[0022]根据速度的定义式：
[0023][0024]dL为平均流线的变化量，W为流体在当地的相对速度，即静子部件为绝对速度；
[0025]将上述标量式改写为：
[0026][0027]得到当地损失力与熵沿流线的变化率之间的关系，根据计算叶轮机械叶片通道内当地损失力。
[0028]参考尼古拉兹圆管实验，造成流动损失的当地摩擦力与当地动能成比例，在叶轮机械叶片通道内带来流动损失的当地损失力与当地动能成正比：
[0029]F
L
＝α
·
W2[0030]α为当地损失力系数，
[0031]在CFX
‑
Post中，按照计算式：
[0032][0033]在参数目录树Variables下自定义当地损失力系数α。
[0034]特定流线上当地损失力系数的提取包括以下过程：
[0035]首先，在叶轮机械基本流场内确定目标三维流线Streamline 1，之后，按照当地损失力系数计算式，计算目标三维流线Streamline 1上各点处的当地损失力系数，最后，将数
据导入绘图软件中，绘制叶轮机械叶片通道内特定流线上当地损失力系数沿流向的分布曲线。
[0036]不同工况下沿平均流动方向当地损失力系数的提取包括以下过程：
[0037]基于两类流面的全三维流动理论，在叶轮机械叶片通道内沿平均流动方向选取n个S2流面，应用集总参数的方法，将叶轮机械流道内S2流面上的各物理参数用其平均值代替，即流动简化为一维，根据当地损失力系数计算式，获得叶轮机械叶片通道内当地损失力系数沿平均流动方向的分布，
[0038]分别输出不同工况下，叶轮机械叶片通道内当地损失力系数沿流向的分布数据，基于不同工况下叶轮机械的当地损失力系数，绘制出叶轮机械叶片通道内当地损失力系数分布图；所述叶高位置为50％叶高。
[0039]本专利技术提供一种用于提取叶轮机械当地损失力系数的系统，包括流场计算模块、当地损失力分析模块、局部系数提取模块以及当地损失力系数提取模块；
[0040]流场计算模块用于根据设定的叶轮机械流域进出口边界条件计算叶轮机械流域的基本流场，得到不同工况下的基本流场；
[0041]当地损失力分析模块用于根据当地损失力与熵沿流线的变化率之间的关系计算叶轮机械叶片通道内当地损失力；
[0042]局部系数提取模块用于提取设定流线上当地损失力系数；
[0043]当地损失力系数提取模块用于提取不同工况下沿平均流动方向当地损失力系数，得到不同工况下，叶轮机械叶片通道内当地损失力系数沿流向的分布。
[0044]本专利技术还提供一种计算机设备，包括处理器以及存储器，存储器用于存储计算机可执行程序，处理器从存储器中读取所述计算机可执行程序并执行，处理器执行计算可执行程序时能实现本专利技术所述用于提取叶轮机械当地损失力系数的方法。
[0045]同时也提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，能实现本专利技术所述的用于提取叶轮机械当地损失力系数的方法。
[0046]与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：
[0047]本专利技术提供了一种操作简单、准确性高的提取叶本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于提取叶轮机械当地损失力系数的方法，其特征在于，包括以下步骤：a.根据设定的叶轮机械流域进出口边界条件计算叶轮机械流域的基本流场，得到不同工况下的基本流场；b.在所述基本流场中，基于当地损失力与熵沿流线的变化率之间的关系计算叶轮机械叶片通道内当地损失力；c.提取设定流线上当地损失力系数；d.提取不同工况下沿平均流动方向当地损失力系数，得到不同工况下，叶轮机械叶片通道内当地损失力系数沿流向的分布。2.根据权利要求书1所述的用于提取叶轮机械当地损失力系数的方法，其特征在于，基本流场计算包括以下步骤：根据所研究叶轮机械的几何模型进行流域的提取，所提取的流域包括进口流域，叶轮机叶片通道流域，管道及气腔流域；对进口流域，管道及气腔流域进行网格划分，得到第一网格文件，对提取的叶轮机叶片通道流域进行网格划分得到第二网格文件，接着，将第一网格文件和第二网格文件导入到ANSYS CFX软件的CFX
‑
Pre模块中进行数值模拟设置，通过设定不同的进出口边界条件，获得不同工况下的基本流场。3.根据权利要求书1所述的用于提取叶轮机械当地损失力系数的方法，其特征在于，基于熵s和熵的当地变化率计算如下：在目录树Expression下，按照下式计算熵值其中，T为当地温度，P为当地压力；T0、P0分别为环境温度、压力，作为计算熵值的参考温度和压力；C
p
为定压比热容；编辑计算熵值的函数Entropy，然后在目录树Variables中自定义参数熵s，s与计算熵值的函数Entropy相关联；在目录树Variables中自定义参数s.Gradient，计算熵的当地变化率。4.根据权利要求书3所述的用于提取叶轮机械当地损失力系数的方法，其特征在于，当地损失力分析包括以下步骤：将叶轮机械内某处的当地叶片力分解为当地损失力和当地转折力两部分，其中当地转折力垂直于当地速度，使气流发生偏转；当地损失力平行于当地速度且反向、做功仅产生熵增，具体表示为：标量式可以写为：T为当地温度，ds表示当地熵变，F
L
为当地损失力的模；根据速度的定义式：dL为平均流线的变化量，W为流体在当地的相对速度，即静子部件为绝对速度；将上述标量式改写为：
得到当地损失力与熵沿流线的变化率之间的关系，根据计算叶轮机械叶片通道内当地损失力。5.根据权利要求书1所述的用于提取叶轮机械当地损失力系数的方法，其特征在于，参考尼古拉兹圆管实验，造成流动损失的当地摩擦力与当地动能成比例，在叶轮机械叶片通道内带来流...

【专利技术属性】
技术研发人员：武耀族，王志恒，王铭毅，席光，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：