一种预测冷却气膜孔冷却效率的方法、系统、设备及介质技术方案

本发明专利技术提供一种预测冷却气膜孔冷却效率的方法、系统、设备及介质，根据激光实际加工出的冷却气膜孔形貌，建立具有激光参数相对应的真实冷却气膜孔形貌的平板冷却气膜孔三维模型；基于平板冷却气膜孔三维模型进行平板冷却气膜孔绝热模型的建立和有限元模拟计算，得到有限元模拟计算结果；基于有限元模拟计算结果，得到激光参数与冷却气膜孔冷却效率之间的关系，并对气膜孔冷却效率预测；本发明专利技术通过具有激光参数相对应的真实冷却气膜孔形貌的三维模型和平板冷却气膜孔绝热模型相结合，实现了激光参数和冷却气膜孔冷却效率之间的联系；解决了采取经验试错的方式去调试激光参数的缺陷，可以节省大量经济成本以及时间成本。可以节省大量经济成本以及时间成本。可以节省大量经济成本以及时间成本。

【技术实现步骤摘要】
一种预测冷却气膜孔冷却效率的方法、系统、设备及介质


[0001]本专利技术涉及航空发动机
，具体涉及一种预测冷却气膜孔冷却效率的方法、系统、设备及介质。

技术介绍

[0002]飞机发动机制造水平代表着高端制造的技术水平，航空发动机的制造水平对飞机的动力、寿命和可靠性都有着重要的影响。研究表明：发动机叶片的耐高温性能直接影响到发动机的推力，并且在叶片上加工气膜冷却孔已被证明是迄今为止最有效的增加发动机叶片承温能力的技术手段。
[0003]但是，激光加工冷却气膜孔的过程中，由于激光参数的不同配比都将造成实际加工出的气膜孔质量无法到达设计孔的要求，导致实际加工出的气膜孔冷却效率大幅度降低，面对这个问题，在目前工程实际中，为满足冷却效率要求，现有技术和实际生产过程中仍采用经验试错的方式去调试激光参数，造成了大量人力与物力的浪费，且其效率极低，准确性较差。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种预测冷却气膜孔冷却效率的方法、系统、设备及介质，解决采取经验试错的方式去调试激光参数的缺陷，为实际生产中激光制造气膜冷却孔的激光调试提供参考，可以节省大量经济成本以及时间成本。
[0005]本专利技术是通过以下技术方案来实现：
[0006]一种预测冷却气膜孔冷却效率的方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0007]S1：根据激光实际加工出的冷却气膜孔形貌，建立具有激光参数相对应的真实冷却气膜孔形貌的平板冷却气膜孔三维模型；
[0008]S2：基于平板冷却气膜孔三维模型进行平板冷却气膜孔绝热模型的建立和有限元模拟计算，得到有限元模拟计算结果；
[0009]S3：基于有限元模拟计算结果，得到激光参数与冷却气膜孔冷却效率之间的关系，并对气膜孔冷却效率预测。
[0010]进一步的，在使用激光加工冷却气模孔后，需要采用高分辨光学显微镜进行气膜冷却孔形貌的入口和出口进行表征测量；所述气膜冷却孔的激光参数包括激光功率、离焦量和进给速率。
[0011]进一步的，所述真实冷却气膜孔形貌采用图像测量软件对显微镜图片进行刻度统一，获取该图片的真实尺寸。
[0012]进一步的，所述平板冷却气膜孔三维模型通过三维建模软件进行加载，通过采用样条曲线的命令对冷却气膜孔形貌轮廓进行绘制，其中绘制轮廓包括气膜冷却孔的入口和出口，并通过切除命令进行两轮廓之间的连接，完成平板冷却气膜孔三维模型的建模。
[0013]进一步的，若所述平板冷却气膜孔三维模型中的冷却气膜孔的倾角变化造成孔形
貌轮廓变化，则建立新基准面，改变冷却气膜孔入口和出口轮廓的草图平面方向绘制；所述平板冷却气膜孔绝热模型是基于平板冷却气膜孔三维模型进行建立的，包括主流腔体和冷流腔体，所述主流腔体和冷流腔体为流体域，描述了主流和冷流的气动特性。
[0014]进一步的，在进行有限元模拟计算时，需要对平板冷却气膜孔绝热模型进行六面体结构化网格划分，在六面体结构化网格划分时要求近壁面满足y
+
≤1；
[0015]其中，y
+
为一个壁面法向距离的无量纲量；
[0016]基于平板冷却气膜孔风洞实验和有限元模拟计算结果比较，并选取湍流模型；
[0017]计算湍流模型选用了基于k
‑
w的SST湍流模型加Gamma
‑
Theta转捩模型，根据叶片的真实工作情况设置主流和射流的边界条件，通过改变冷流进口和出口压力计算工况的吹风比。
[0018]进一步的，所述步骤S3中气膜孔冷却效率公式为：
[0019][0020]其中，φ为冷却效率，T
h
为主流温度，T
t
为平板温度，T
c
为冷流温度。
[0021]一种基于激光参数预测冷却气膜孔冷却效率的系统，包括：
[0022]采集建模模块，用于根据激光实际加工出的冷却气膜孔形貌，建立具有激光参数相对应的真实冷却气膜孔形貌的平板冷却气膜孔三维模型；
[0023]有限元计算模块，用于基于平板冷却气膜孔三维模型进行平板冷却气膜孔绝热模型的建立和有限元模拟计算，得到有限元模拟计算结果；
[0024]输出模块，用于基于有限元模拟计算结果，得到激光参数与冷却气膜孔冷却效率之间的关系，并对气膜孔冷却效率预测。
[0025]一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现一种预测冷却气膜孔冷却效率的方法的步骤。
[0026]一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现一种预测冷却气膜孔冷却效率的方法的步骤。
[0027]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：
[0028]本专利技术提供一种预测冷却气膜孔冷却效率的方法、系统、设备及介质，根据激光实际加工出的冷却气膜孔形貌，建立具有激光参数相对应的真实冷却气膜孔形貌的平板冷却气膜孔三维模型；基于平板冷却气膜孔三维模型进行平板冷却气膜孔绝热模型的建立和有限元模拟计算，得到有限元模拟计算结果；基于有限元模拟计算结果，得到激光参数与冷却气膜孔冷却效率之间的关系，并对气膜孔冷却效率预测；本专利技术通过具有激光参数相对应的真实冷却气膜孔形貌的三维模型和平板冷却气膜孔绝热模型相结合，实现了激光参数和冷却气膜孔冷却效率之间的联系；解决了采取经验试错的方式去调试激光参数的缺陷，为实际生产中激光制造气膜冷却孔的激光调试提供参考，可以节省大量经济成本以及时间成本。
附图说明
[0029]图1为本专利技术一种预测冷却气膜孔冷却效率的方法流程图；
[0030]图2为本专利技术具体实施例中冷却气膜孔在高分辨率光学显微镜下入口(左)和出口(右)的形貌图；
[0031]图3为本专利技术具体实施例中具有激光参数相对应的真实冷却气膜孔形貌的平板冷却气膜孔三维模型示意图；
[0032]图4为本专利技术具体实施例中基于平板冷却气膜孔三维模型所建立的平板冷却气膜孔绝热模型示意图；
[0033]图5为本专利技术具体实施例中网格划分后的平板冷却气膜孔绝热模型示意图；
[0034]图6为本专利技术具体实施例中进行冷却效率计算后处理后的等值线示意图。
具体实施方式
[0035]下面结合具体的实施例对本专利技术做进一步的详细说明，所述是对本专利技术的解释而不是限定。
[0036]为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本专利技术保护的范围。
[0037]需要说明的是，本专利技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种预测冷却气膜孔冷却效率的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：根据激光实际加工出的冷却气膜孔形貌，建立具有激光参数相对应的真实冷却气膜孔形貌的平板冷却气膜孔三维模型；S2：基于平板冷却气膜孔三维模型进行平板冷却气膜孔绝热模型的建立和有限元模拟计算，得到有限元模拟计算结果；S3：基于有限元模拟计算结果，得到激光参数与冷却气膜孔冷却效率之间的关系，并对气膜孔冷却效率预测。2.根据权利要求1所述一种预测冷却气膜孔冷却效率的方法，其特征在于，在使用激光加工冷却气模孔后，需要采用高分辨光学显微镜进行气膜冷却孔形貌的入口和出口进行表征测量；所述气膜冷却孔的激光参数包括激光功率、离焦量和进给速率。3.根据权利要求1所述一种预测冷却气膜孔冷却效率的方法，其特征在于，所述真实冷却气膜孔形貌采用图像测量软件对显微镜图片进行刻度统一，获取该图片的真实尺寸。4.根据权利要求1所述一种预测冷却气膜孔冷却效率的方法，其特征在于，所述平板冷却气膜孔三维模型通过三维建模软件进行加载，通过采用样条曲线的命令对冷却气膜孔形貌轮廓进行绘制，其中绘制轮廓包括气膜冷却孔的入口和出口，并通过切除命令进行两轮廓之间的连接，完成平板冷却气膜孔三维模型的建模。5.根据权利要求1所述一种预测冷却气膜孔冷却效率的方法，其特征在于，若所述平板冷却气膜孔三维模型中的冷却气膜孔的倾角变化造成孔形貌轮廓变化，则建立新基准面，改变冷却气膜孔入口和出口轮廓的草图平面方向绘制；所述平板冷却气膜孔绝热模型是基于平板冷却气膜孔三维模型进行建立的，包括主流腔体和冷流腔体，所述主流腔体和冷流腔体为流体域，描述了主流和冷流的气动特性。6.根据权利要求1所述一种预测冷却气膜孔冷却效率的方法，其特征在于，在进行有限元模拟计算时，需要对平板冷却气膜孔绝热模型进行六面体结构化网格划分，在六面体结构化网格划分时要求近壁面满足y
+
...

【专利技术属性】
技术研发人员：张冬旭，罗壮，宋智超，鱼皓波，郭晓钥，李晓闻，吕盟辉，辛振宇，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：