一种涡轮损失模型修正方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种涡轮损失模型修正方法及装置,主要包括步骤：根据涡轮叶栅实验流场数据，分类定量提取叶栅流动损失；根据涡轮叶栅实验流场数据，修正涡轮叶栅CFD流场的数据库，使CFD流场的叶栅流动损失计算结果与分类定量提取的叶栅实验流动损失数据相匹配；根据修正后的CFD流场数据，对若干现有损失模型进行非设计点校核；依据校核结果，选取出计算结果最接近修正后涡轮叶栅CFD流场数据的现有损失模型作为基础模型；依据修正后的涡轮叶栅CFD流场数据，对基础模型进行非设计点修正。通过以上方式，使得现有损失预测模型具有了对非设计点(大的正攻角＞10

【技术实现步骤摘要】
一种涡轮损失模型修正方法及装置


[0001]本专利技术涉及涡轮损失预测
，尤其涉及一种涡轮损失模型修正方法及装置。

技术介绍

[0002]涡轮损失模型在涡轮的一维设计过程和涡轮的一维特性计算过程中都承担着重要作用，同时一维损失模型的预测精度直接决定了涡轮一维设计与最终三维数值模拟计算性能的差异大小。国外学者建立了许多有效的涡轮损失模型，例如Soderberg模型、Traupel模型、Ainley&Mathieson模型、Dunham&Came模型、Kacker&Okapuu模型、Craig&Cox模型、Denton模型、Ehrich&Detra模型、Scholz模型、Hawthrone模型、Boulter模型及Lakshminarayana模型等多种损失模型。
[0003]适用于宽广工况工作是变转速动力涡轮的基本属性，而为了提高涡轮设计的成功率和工作效率，在设计初始阶段即需要实现对适用于宽广工况范围高负荷变转速动力涡轮性能的准确预估。目前适用于常规涡轮的一维损失预测模型只能够在设计点附近的有限工况范围内实现对涡轮特性的准确预估，尚未具有对非设计点(大的负攻角或大的正攻角)条件下涡轮损失的可靠预测能力，而变转速动力涡轮工作于宽广工况范围内，其对实现包括设计点和非设计点在内的全工况范围一维特性高精度预估提出了更高的要求。为此，必须发展适用于全工况范围的损失模型适应性修正方法，建立具有较强普适性的高精度动力涡轮损失预测模型，以实现对不同几何和气动条件下的变转速动力涡轮一维特性的高可靠度预估。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于针对现有的常规涡轮损失模型只能在设计点附近的很窄的转速范围内准确的预测涡轮性能，无法实现对涡轮全工况性能进行准确预测的问题，本专利技术基于现有损失模型，建立了基于叶栅实验/CFD(英文全称为Computational Fluid Dynamics，即：计算流体动力学模拟仿真技术)流场数据的损失模型适应性修正方法，使损失模型具有对非设计点(大攻角条件：大的正攻角＞10
°
以及大的负攻角＜
‑
10
°
)条件下涡轮损失的可靠预测能力，实现对涡轮全工况性能的高可靠性预测。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]一种涡轮损失模型修正方法，所述方法包括：
[0007]根据涡轮叶栅实验流场数据，分类定量提取叶栅流动损失；
[0008]根据涡轮叶栅实验流场数据，修正涡轮叶栅CFD流场的数据库，使所述CFD流场的叶栅流动损失计算结果与分类定量提取的叶栅实验流动损失数据相匹配；
[0009]根据修正后的涡轮叶栅CFD流场数据，对若干现有损失模型进行非设计点的校核；
[0010]依据校核结果，选取出计算结果最接近所述修正后的涡轮叶栅CFD流场数据的现有损失模型作为基础模型；
[0011]依据所述修正后的涡轮叶栅CFD流场数据，对所述基础模型进行非设计点的修正，从而建立起能够满足变转速动力涡轮非设计点损失预测精度的涡轮损失模型。
[0012]作为本专利技术的进一步改进，分类定量提取的叶栅流动损失包括：
[0013]叶型损失、端区二次流损失以及叶尖泄漏损失。
[0014]作为本专利技术的进一步改进，所述依据所述修正后的涡轮叶栅CFD流场数据，对所述基础模型进行非设计点的修正包括：
[0015]根据涡轮叶片的几何参数结合涡轮的气动参数，采用待定二项式系数的方式分别修正基础模型的叶型损失、二次流损失以及叶尖泄漏损失，直至修正后的所述基础模型的计算结果与所述修正后的涡轮叶栅CFD流场数据相匹配。
[0016]作为本专利技术的进一步改进，所述涡轮叶片的几何参数包括：
[0017]Zweifel系数、展弦比、进出口构造角、相对最大厚度以及叶尖间隙。
[0018]作为本专利技术的进一步改进，所述涡轮的气动参数包括：
[0019]攻角、来流马赫数以及雷诺数。
[0020]作为本专利技术的进一步改进，所述根据涡轮叶片的几何参数结合涡轮的气动参数，采用待定二项式系数的方式修正所述基础模型的叶型损失的修正表达式为：
[0021][0022]式中，Y
P
为叶型损失；Y
p(i＝0)
为攻角为0时的叶型损失；Y
shock
为激波损失；K
P
为马赫数修正因子；K
MYP
为第一攻角损失系数；其中，
[0023]所述第一攻角损失系数K
MYP
的表达式为：
[0024][0025]式中，i为攻角；i
min
为最小攻角；i
max
为最大攻角；i
s
为失速攻角；a
n
为多项式系数,n＝1～6。
[0026]作为本专利技术的进一步改进，所述根据涡轮叶片的几何参数结合涡轮的气动参数，采用待定二项式系数的方式修正所述基础模型的二次流损失的修正表达式为：
[0027][0028]式中，Ys为二次流损失；F
AR
为展弦比因子；α2为叶栅出口气流角；β
1k
为叶栅进口气流角；Z
w
为Zweifel系数；K
s
为亚声速马赫数因子；K
MYS
为第二攻角损失系数；其中，
[0029]所述第二攻角损失系数K
MYS
的表达式为：
[0030][0031]式中，i为攻角；i
min
为最小攻角；i
max
为最大攻角；i
s
为失速攻角；b
n
为多项式系数,n＝1～6。
[0032]作为本专利技术的进一步改进，所述根据涡轮叶片的几何参数结合涡轮的气动参数，采用待定二项式系数的方式修正所述基础模型的叶尖泄漏损失的修正表达式为：
[0033]Y
TL
′
＝Y
TL
K
MYTL
；
[0034]式中，Y
TL
′
为叶尖泄漏损失；Y
TL
为原基础模型的叶尖泄漏损失；K
MYTL
为第三攻角损失系数；其中，
[0035]所述第三攻角损失系数K
MYTL
的表达式为：
[0036][0037]式中，i为攻角；i
min
为最小攻角；i
max
为最大攻角；i
s
为失速攻角；C
n
为多项式系数,n＝1～6。
[0038]本专利技术还提供了一种涡轮损失模型修正装置，所述装置包括：
[0039]提取单元，用于根据涡轮叶栅实验流场数据，分类定量提取叶栅流动损失；
[0040]第一修正单元，用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种涡轮损失模型修正方法，所述方法包括：根据涡轮叶栅实验流场数据，分类定量提取叶栅流动损失；根据涡轮叶栅实验流场数据，修正涡轮叶栅CFD流场的数据库，使所述CFD流场的叶栅流动损失计算结果与分类定量提取的叶栅实验流动损失数据相匹配；根据修正后的涡轮叶栅CFD流场数据，对若干现有损失模型进行非设计点的校核；依据校核结果，选取出计算结果最接近所述修正后的涡轮叶栅CFD流场数据的现有损失模型作为基础模型；依据所述修正后的涡轮叶栅CFD流场数据，对所述基础模型进行非设计点的修正，从而建立起能够满足变转速动力涡轮非设计点损失预测精度的涡轮损失模型。2.根据权利要求1所述的涡轮损失模型修正方法，其中，分类定量提取的叶栅流动损失包括：叶型损失、端区二次流损失以及叶尖泄漏损失。3.根据权利要求1或2所述的涡轮损失模型修正方法，其中，所述依据所述修正后的涡轮叶栅CFD流场数据，对所述基础模型进行非设计点的修正包括：根据涡轮叶片的几何参数结合涡轮的气动参数，采用待定二项式系数的方式分别修正基础模型的叶型损失、二次流损失以及叶尖泄漏损失，直至修正后的所述基础模型的计算结果与所述修正后的涡轮叶栅CFD流场数据相匹配。4.根据权利要求3所述的涡轮损失模型修正方法，其中，所述涡轮叶片的几何参数包括：Zweifel系数、展弦比、进出口构造角、相对最大厚度以及叶尖间隙。5.根据权利要求3所述的涡轮损失模型修正方法，其中，所述涡轮的气动参数包括：攻角、来流马赫数以及雷诺数。6.根据权利要求3所述的涡轮损失模型修正方法，其中，所述根据涡轮叶片的几何参数结合涡轮的气动参数，采用待定二项式系数的方式修正所述基础模型的叶型损失的修正表达式为：式中，Y
P
为叶型损失；Y
p(i＝0)
为攻角为0时的叶型损失；Y
shock
为激波损失；K
P
为马赫数修正因子；K
MYP
为第一攻角损失系数；其中，所述第一攻角损失系数K
MYP
的表达式为：
式中，i为攻角；i
min
为最小攻角；i
max
为最大攻角；i
s
为失速攻角；a
n
为多项式系数,其中，n取1～6。7.根据权利要求3所述的涡轮损失模型修正方法，其中，所述根据涡轮叶片的几何参数结合涡轮的气动参数，采用待定二项式系数的方式修正所述基础模型的二次流损失的修正表达式为：式中，Y
s
为二次流损失；F
AR
为展弦比因子；α2为叶栅出口气流角；β
1k
为叶栅进口气流角；Z
w
为Zweifel系数；K
s
为亚声速马赫数因子；K
MYS
为第二攻角损失系数；其中，所述第二攻角损失系数K
MYS
的表达式为：式中，i为攻角；i
min
为最小攻角；i
max
为最大攻角；i
s
为失速攻角；b
n
为多项式系数,其中，n取1～6。8.根据权利要求3所述的涡轮损失模型修正方法，其中，所述根据涡轮叶片的几何参数结合涡轮的气动参数，采用待定二项式系数的方式修正所述基础模型的叶尖泄漏损失的修正表达式为：Y
TL
′
＝Y
TL
K
MYTL
；式中，Y
TL
′
为叶尖泄漏损失；Y
TL
为原基础模型的叶尖泄漏损失；K
MYTL
为第三攻角损失系数；其中，所述第三攻角损失系数K
MYTL
的表达式为：式中，i为攻角；i
min
为最小攻角；i
max
为最大攻角；i
...

【专利技术属性】
技术研发人员：房兴龙，刘长青，欧阳玉清，曾飞，屈彬，
申请(专利权)人：中国航发湖南动力机械研究所，
类型：发明
国别省市：