一种叶轮机械单通道流体计算域的快速构建方法技术

本申请公开了一种叶轮机械单通道流体计算域的快速构建方法，该方法包括：指定关键面；创建整周叶轮流体域；通过在叶轮机械的子午面内按一定空间分辨率生成采样点；以每个采样点绕旋转轴旋转，创建空间圆弧，并计算所有空间圆弧与指定的叶片表面的交点；以所有交点组成的网格构建曲面，生成叶片中面，然后将叶片中面向关键面进行延伸，获得基准分割面；将基准分割面绕旋转轴旋转两次，生成第一和第二周期分割面；采用第一和第二周期分割面对整周叶轮流体域进行分割，获得单通道叶片计算域。本申请所构造的周期分割面与相邻的叶片距离相同，不会与复杂的叶片表面发生相交，无需复杂的曲面参数调整，即可快速生成符合要求的周期分割面。面。面。

【技术实现步骤摘要】
一种叶轮机械单通道流体计算域的快速构建方法


[0001]本申请属于叶轮机械仿真
，具体涉及一种叶轮机械单通道流体计算域的快速构建方法。

技术介绍

[0002]航空发动机作为飞机运行的“心脏”，其高度的复杂性和精密性，造就了其“皇冠上的明珠”美誉。随着航空工业的发展，航空发动机的设计过程高度集成了CFD流场仿真和有限元结构仿真。CFD仿真技术具有成本低、设计周期短的优势，在很大程度上弥补了传统流体动力学试验的劣势，因此被广泛运用在航空发动机叶轮机械设计领域。
[0003]航空发动机的核心部件包括各级压气机叶轮和涡轮叶轮，其中，涡轮叶片是决定发动机性能和寿命的关键部件。涡轮叶片的设计过程包括气动性能、传热性能和结构强度等多个环节，叶片结构的关键参数会在设计过程的多轮迭代中反复修改，模型也需要频繁地重新创建，相应地，针对修改后的叶片模型需要建立CFD仿真流场模型。
[0004]在对叶轮机械进行CFD流场和结构仿真时，由于整周各个叶片完全相同，仅在圆周方向存在角度偏置，几何结构具有周期对称特性。同时，上游的来流条件一般为均匀轴向气流，具有轴对称特性，因此，叶轮机械的流场结构、温度和压力等流动变量以及应力、变形等结构参数也可以认为具有周期对称性。
[0005]为降低计算资源消耗、提高计算速度、快速获得仿真结果，在进行CFD仿真时一般采用周期分割后的单通道叶片计算域代替整周叶片计算域。在创建具有周期对称性的单通道叶片计算域过程中，周期分割面的创建是很关键的步骤，也是设计过程最为耗时的步骤。目前常用的周期分割面创建方法，一般包括以下几类：(1)采用简单的平面代替曲面作为周期分割面；(2)通过手动创建内曲面表面曲线，再进行表面法线延伸；(3)通过手动创建多个径向位置的表面曲线，再利用曲线组功能构造曲面；以上创建周期分割面的方法通常创建速度过慢，或者分割效果不好，需要设计人员进行反复调节。比如，曲面参数不合适的分割面会距离相邻叶片过近，可能会与叶片叶身、倒圆等结构相交，使分割后的计算域不具有周期对称特性，无法在CFD仿真过程中使用。

技术实现思路

[0006]针对上述
技术介绍
中存在的技术问题，本申请提供一种叶轮机械单通道流体计算域的快速构建方法。
[0007]本申请具体采用以下技术方案予以实现：本申请提供一种叶轮机械单通道流体计算域的快速构建方法，包括：指定关键面，所述关键面包括叶轮机械流体域的进口面、出口面、上端壁、下端壁和单个叶片表面；根据所述指定关键面创建整周叶轮流体域；
构建叶片中面，然后将所述叶片中面向所述进口面、所述出口面、所述上端壁和所述下端壁进行延伸，获得基准分割面；将所述基准分割面绕旋转轴正向旋转0.5α角，生成第一周期分割面p1，将所述基准分割面绕旋转轴反向旋转0.5α角，生成第二周期分割面p2；其中α角为单通道的周期角；采用所述第一周期分割面p1和所述第二周期分割面p2对所述整周叶轮流体域G进行分割，获得单通道叶片计算域。
[0008]作为本专利技术的进一步说明，所述根据所述指定关键面创建整周叶轮流体域，包括：利用所述关键面构造整周计算域Z；将所述整周计算域Z与叶轮结构固体域Y进行布尔求差操作，获得整周叶轮流体域G。
[0009]作为本专利技术的进一步说明，所述构建叶片中面，包括：通过在叶轮机械的子午面内按一定空间分辨率生成采样点；以每个所述采样点绕旋转轴旋转，创建空间圆弧，并计算所有所述空间圆弧与指定的叶片表面的交点；以所有交点组成的网格构建曲面，生成叶片中面。
[0010]作为本专利技术的进一步说明，在计算所有所述空间圆弧与指定的叶片表面的交点时，如果同一条圆弧与叶片表面存在两个交点，则取其平均值。
[0011]作为本专利技术的进一步说明，将所述叶片中面进行延伸的方式选择曲率延伸或指定相切面的方式，保证延伸后的曲面能够完全分割整周叶轮流体域G。
[0012]本申请与现有技术相比具有以下优点：本申请所构造的周期分割面与相邻的叶片距离相同，不会与复杂的叶片表面发生相交，无需用户干预，无需复杂的曲面参数调整，即可快速生成符合要求的周期分割面。
附图说明
[0013]图1为本专利技术实施例提供的叶轮机械单通道流体计算域的快速构建方法流程图；图2为本专利技术实施例提供的整周计算域Z；图3为本专利技术实施例提供的用于构造叶片中面的曲线组；图4为本专利技术实施例提供的由叶片中面构造的基准分割面；图5为本专利技术实施例提供的第一和第二周期分割面p1和p2；图6为本专利技术实施例提供的单通道叶片计算域。
实施方式
[0014]下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
[0015]在创建具有周期对称性的单通道叶片计算域过程中，周期分割面的创建是很关键的步骤，也是设计过程最为耗时的步骤。目前常用的周期分割面创建方法，一般包括以下几类：
(1)采用简单的平面代替曲面作为周期分割面；(2)通过手动创建内曲面表面曲线，再进行表面法线延伸；(3)通过手动创建多个径向位置的表面曲线，再利用曲线组功能构造曲面；以上创建周期分割面的方法通常创建速度过慢，或者分割效果不好，需要设计人员进行反复调节。比如，曲面参数不合适的分割面会距离相邻叶片过近，可能会与叶片叶身、倒圆等结构相交，使分割后的计算域不具有周期对称特性，无法在CFD仿真过程中使用。
[0016]针对上述技术问题，本申请提供一种叶轮机械单通道流体计算域的快速构建方法，如图1所示，该方法包括如下步骤：步骤1：指定关键面。选定以下关键面，包括叶轮机械流体域的进口面、出口面、上端壁、下端壁和单个叶片表面。
[0017]步骤2：创建整周叶轮流体域G。该步骤具体包括：步骤201：利用指定的关键面构造整周计算域Z；步骤202：将整周计算域Z与叶轮结构固体域Y进行布尔求差操作，获得整周叶轮流体域G。
[0018]步骤3：构建叶片中面。该步骤具体包括：步骤301：通过在叶轮机械的子午面内按一定空间分辨率生成采样点；其中的空间分辨率例如可以为3x3, 5x5,7x7等等。
[0019]步骤302：以每个采样点绕旋转轴旋转，创建空间圆弧，并计算所有空间圆弧与指定的叶片表面的交点；其中，在计算所有空间圆弧与指定的叶片表面的交点时，如果同一条圆弧与叶片表面存在两个交点，则取其平均值。
[0020]步骤303：以所有交点组成的网格构建曲面，生成叶片中面。
[0021]步骤4：创建基准分割面。将叶片中面向进口面、出口面、上端壁和下端壁进行延伸，获得基准分割面；其中，将叶片中面进行延伸的方式选择曲率延伸或指定相切面的方式，保证延伸后的曲面能够完全分割整周叶轮流体域G。
[0022]步骤5：创建第一周期分割面p1和第二周期分割面p2。将基准分割面绕旋转轴正向旋转0.5α角本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种叶轮机械单通道流体计算域的快速构建方法，其特征在于，包括：指定关键面，所述关键面包括叶轮机械流体域的进口面、出口面、上端壁、下端壁和单个叶片表面；根据所述指定关键面创建整周叶轮流体域；构建叶片中面，然后将所述叶片中面向所述进口面、所述出口面、所述上端壁和所述下端壁进行延伸，获得基准分割面；将所述基准分割面绕旋转轴正向旋转0.5α角，生成第一周期分割面；将所述基准分割面绕旋转轴反向旋转0.5α角，生成第二周期分割面；其中α角为单通道的周期角；采用所述第一周期分割面和所述第二周期分割面对所述整周叶轮流体域进行分割，获得单通道叶片计算域。2.如权利要求1所述的叶轮机械单通道流体计算域的快速构建方法，其特征在于，所述根据所述指定关键面创建整周叶轮流体域，包括：利用所述关键面构造整周计算域；将所述整周...

【专利技术属性】
技术研发人员：董素艳，张竹鹤，陈芝崇，闫冬阳，
申请(专利权)人：西安流固动力科技有限公司，
类型：发明
国别省市：