【技术实现步骤摘要】
本申请涉及发动机涡轮气冷叶片设计，尤其涉及一种涡轮叶片冷却结构多学科设计方法及装置。
技术介绍
1、涡轮发动机是一种通过燃烧室燃烧生成高温高压燃气进而带动涡轮高速旋转产生推力的动力设备。涡轮气冷叶片设计是发动机设计的关键技术，如何在保证涡轮叶片温度不超过材料许用温度的前提下，减少冷却气体的消耗，是涡轮气冷叶片冷却结构设计的核心。
2、在现有技术中，涡轮气冷叶片冷却结构设计是一项非常复杂且涉及众多学科的多物理场耦合问题。在分析及设计过程中，需要多个部门人员的协同工作，才能同时满足气动、传热、强度及加工工艺等方面的要求。整个设计过程需要进行多轮几何建模、仿真、试样加工和试验测量的迭代，中间任何环节不满足设计要求都需要返工修改几何模型，直至最终得到满足性能要求的叶片设计。整个设计过程需要消耗大量的人力，且设计周期较长，效率较低。
3、此外，在多个设计部门设计的过程中，涉及众多的计算软件和代码，以及各部门之间复杂多样的数据传递模式。在过去的设计实践中，由于缺乏统一的处理规范，分析方法随意性较大，中间涉及大量人工处理，过程繁琐而低效。
技术实现思路
1、本申请实施例通过提供一种涡轮叶片冷却结构多学科设计方法，解决了现有技术中涡轮气冷叶片冷却结构设计消耗人力较多且设计周期较长以及工作效率较低的问题，实现了一种涡轮叶片冷却结构多学科设计方法能够解决上述问题。
2、第一方面，本申请实施例提供了一种涡轮叶片冷却结构多学科设计方法，包括：获取涡轮叶片的气动数据与初始
3、结合第一方面，在第一种可能的实现方式中，所述气动数据包括涡轮叶片的实心模型、s1流面的叶片表面计算点坐标、表面计算点的相对弧长、等熵马赫数以及涡轮叶片的表面静压和表面静温。
4、结合第一方面，在第二种可能的实现方式中，所述初始冷却结构参数包括涡轮叶片的气膜孔、冷却通道、扰流柱与扰流肋以及冲击板等结构的数量、位置、直径、长度与面积。
5、结合第一方面的第二种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，所述获取所述初始冷却结构参数，还包括：若所述初始冷却结构参数不满足涡轮叶片的叶片高温区与应力集中区的初始要求，则迭代调整所述初始冷却结构参数直至其满足所述初始要求。
6、结合第一方面，在第四种可能的实现方式中，所述确定所述气冷叶片模型的内换热数据，包括：确定所述气冷叶片模型中各个元件的压力、流量和元件内换热数据。
7、结合第一方面，在第五种可能的实现方式中，所述以所述外换热数据与所述内换热数据为换热边界，包括：将所述外换热数据作为涡轮叶片的外表面换热边界，将所述内换热数据作为涡轮叶片的内表面换热边界。
8、结合第一方面，在第六种可能的实现方式中，所述获得满足所述设计要求的所述气冷叶片模型前，还包括：对所述气冷叶片模型进行三维流热耦合计算以对其进行二次验证。
9、结合第一方面，在第七种可能的实现方式中，所述获得满足所述设计要求的所述气冷叶片模型后，还包括：确定所述气冷叶片模型在静止状态下与常温状态下的冷态加工模型。
10、第二方面，本申请实施例提供了一种涡轮叶片冷却结构多学科设计装置，包括：第一步骤模块，用于获取涡轮叶片的气动数据与初始冷却结构参数，并执行第一步骤；所述第一步骤，包括：根据所述气动数据确认原始换热数据；第二步骤模块，用于根据所述气动数据与所述初始冷却结构参数构建气冷叶片模型，并确定所述气冷叶片模型的内换热数据，执行第二步骤；所述第二步骤，包括：根据所述原始换热数据与所述内换热数据确定所述气冷叶片模型的外换热数据；迭代将所述外换热数据作为所述原始换热数据执行所述第二步骤直至所述外换热数据与所述原始换热数据的偏差小于偏差阈值；第一验证模块，用于执行验证步骤；所述验证步骤，包括：基于所述气冷叶片模型生成计算网格，并以所述外换热数据与所述内换热数据为换热边界确定所述气冷叶片模型的三维温度场；通过所述三维温度场确认所述气冷叶片模型的外表面温度分布，迭代用所述外表面温度分布替代所述气动数据中的对应数据，并执行所述第一步骤直至所述外表面温度分布与所述气动数据中的对应数据的偏差小于温度偏差；第二验证模块，用于获取并验证所述气冷叶片模型的温度数据、冷气流量与强度数据是否均满足设计要求，得到验证结果；若所述验证结果为否，则重新获取所述初始冷却结构参数，并执行第一步骤；若所述验证结果为是，则获得满足所述设计要求的所述气冷叶片模型。
11、结合第二方面，在第一种可能的实现方式中，所述气动数据包括涡轮叶片的实心模型、s1流面的叶片表面计算点坐标、表面计算点的相对弧长、等熵马赫数以及涡轮叶片的表面静压和表面静温。
12、结合第二方面，在第二种可能的实现方式中，所述初始冷却结构参数包括涡轮叶片的气膜孔、冷却通道、扰流柱与扰流肋以及冲击板等结构的数量、位置、直径、长度与面积。
13、结合第二方面的第二种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，所述获取所述初始冷却结构参数，还包括：若所述初始冷却结构参数不满足涡轮叶片的叶片高温区与应力集中区的初始要求，则迭代调整所述初始冷却结构参数直至其满足所述初始要求。
14、结合第二方面，在第四种可能的实现方式中，所述确定所述气冷叶片模型的内换热数据，包括：确定所述气冷叶片模型中各个元件的压力、流量和元件内换热数据。
15、结合第二方面，在第五种可能的实现方式中，所述以所述外换热数据与所述内换热数据为换热边界，包括：将所述外换热数据作为涡轮叶片的外表面换热边界，将所述内换热数据作为涡轮叶片的内表面换热边界。
16、结合第二方面，在第六种可能的实现方式中，所述获得满足所述设计要求的所述气冷叶片模型前，还包括：对所述气冷叶片模型进行三维流热耦合计算以对其进行二次验证。
17、结合第二方面，在第七种可能的实现本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种涡轮叶片冷却结构多学科设计方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述气动数据包括涡轮叶片的实心模型、S1流面的叶片表面计算点坐标、表面计算点的相对弧长、等熵马赫数以及涡轮叶片的表面静压和表面静温。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述初始冷却结构参数包括涡轮叶片的气膜孔、冷却通道、扰流柱与扰流肋以及冲击板等结构的数量、位置、直径、长度与面积。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述获取所述初始冷却结构参数，还包括：
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定所述气冷叶片模型的内换热数据，包括：
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述以所述外换热数据与所述内换热数据为换热边界，包括：
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获得满足所述设计要求的所述气冷叶片模型前，还包括：
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获得满足所述设计要求的所述气冷叶片模型后，还包括：
9.一种涡轮叶片冷却结构多学科设计装置，
10.一种用于执行涡轮叶片冷却结构多学科设计方法的设备，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种涡轮叶片冷却结构多学科设计方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述气动数据包括涡轮叶片的实心模型、s1流面的叶片表面计算点坐标、表面计算点的相对弧长、等熵马赫数以及涡轮叶片的表面静压和表面静温。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述初始冷却结构参数包括涡轮叶片的气膜孔、冷却通道、扰流柱与扰流肋以及冲击板等结构的数量、位置、直径、长度与面积。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述获取所述初始冷却结构参数，还包括：
5.根据权利要求1所述的方...
【专利技术属性】
技术研发人员：董素艳，郭文，王鹏飞，张铎，张竹鹤，闫冬阳，崔亭亭，陈燕，
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：
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