【技术实现步骤摘要】
本专利技术主要涉及航空发动机所使用的离心压缩机相关，具体是一种离心压缩机叶轮表面非定常气动压力预测方法。
技术介绍
1、在航空发动机的离心压缩机运行过程中，高速、非定常气流在叶轮内部进行能量交换并伴随着复杂的相互作用，同时，叶轮叶片在进口导叶尾迹、叶片间相互作用和流动失稳等不稳定流动的作用下，非定常气流激励会在叶片表面诱导出较大的交变应力。高速旋转的叶片在较大交变应力和离心力作用下极易出现周期性疲劳甚至断裂等破坏现象。因此，对非定常气流激励下叶轮气动压力开展相关研究具有重要的意义。
2、叶轮高速旋转时，叶片表面的非定常气动压力很难通过实验测得，且实验难度和成本极高，现阶段叶轮气动载荷的研究主要通过数值模拟求得。但离心压缩机复杂三维叶片气动压力研究中，非定常计算极为耗时且数值结果需要极大的储存空间。因此，不同流体激励下，叶轮非定常气动压力的研究成本极大。
3、根据目前的研究成果，目前叶轮机械叶片表面气动压力的预测多集中于二维叶片或叶栅的研究，缺少对三维叶轮叶片的研究。此外，离心压缩机中的三维叶片结构复杂，无论是叶片表面气动压力的提取还是数字化模型的构建都较为困难，目前鲜有学者进行相关的研究。同时，考虑到工程应用的迫切需求，有必要提出一种快速准确预测离心压缩机叶轮三维叶片表面非定常气动压力的预测方法，用以辅助航空发动机的设计和研究，以提高航空发动机的研发效率。
技术实现思路
1、为解决目前技术的不足，本专利技术结合现有技术，从实际应用出发，提供一种离心压缩机叶轮
2、本专利技术的技术方案如下：
3、一种离心压缩机叶轮表面非定常气动压力预测方法，包括如下步骤：
4、p1、构建离心压缩机叶轮三维叶片数字化模型；
5、p2、根据所述离心压缩机叶轮三维叶片数字化模型对离心压缩机进行定常和非定常数值计算，获取离心压缩机内部流场数值结果；
6、p3、从所述离心压缩机内部流场数值结果中提取数字化模型和原始cfd模型的叶轮叶片表面气动压力对比分析，根据数字化模型与原始cfd模型各对应位置气动压力间的差异确定离心压缩机叶轮数字化模型，并得到确定后数字化模型的气动压力结果；
7、p4、提取分析确定后数字化模型中各网格节点处的非定常气动压力的变化规律并构建函数表达式量化非定常气动压力，利用主要谐波频率重构数字化叶轮表面非定常气动压力；
8、p5、将各节点处主要谐波频率重构表征数字化叶轮表面非定常气动压力的方法得到的气动压力与确定后数字化模型的气动压力对比分析，修正和更新量化非定常气动压力的函数表达式，建立表征离心压缩机叶轮表面非定常气动压力的参数化模型；
9、p6、根据所述离心压缩机叶轮表面非定常气动压力的参数化模型，提取参数化模型的主要参数，建立不同流体激励下离心压缩机叶轮表面非定常气动压力的数据库，以实现不经过数值计算能够快速准确预测不同流体激励下所述离心压缩机叶轮表面非定常气动压力的大小及分布。
10、进一步，步骤p1具体包括如下步骤：
11、a1、利用商业软件对离心压缩机各组件建立网格模型，通过调节网格节点数生成高质量结构化网格，并对近壁面处的网格和叶轮叶片叶顶的关键区域进行加密处理；
12、a2、基于离心压缩机叶轮叶片表面高质量网格，在每个叶片的吸力面和压力面上提取不同叶高位置网格节点坐标；
13、a3、根据所述离心压缩机叶轮三维叶片不同叶高位置网格节点坐标，从叶片进口至出口沿流向方向选取若干个等间距分布节点，建立离心压缩机叶轮三维叶片的数字化模型；
14、a4、根据所述离心压缩机叶轮三维叶片的数字化模型，对离心压缩机进行定常和非定常数值计算，获得离心压缩机叶轮叶片表面上的气动压力大小和分布；
15、a5、对比分析叶轮叶片数字化模型和原始cfd模型相同位置处的气动压力值间的差异，通过增加叶轮叶片数字化模型的节点数，实现对叶轮叶片数字化模型的修正，从而得到能够准确表征叶轮叶片原始cfd模型的数字化模型。
16、进一步，参数化模型的具体建立步骤如下：
17、b1、根据设计流量工况下，离心压缩机叶轮叶片表面的气动压力脉动主要受叶轮通过频率及其倍数的影响，将叶轮叶片数字化模型上各节点非定常气动压力按照傅里叶级数形式表达，其气动压力函数表达式为：
18、
19、式中，a0为所选节点时间段内非定常气动压力均值，即常数项，i为正整数，为第i阶简谐激励力，其中激励振幅为ai，激励频率为ωbpf，为第i阶简谐激励力的相位，x、y和z分别为监测点三维坐标；
20、b2、根据离心压缩机叶轮叶片表面气动压力函数表达式，对比分析影响叶轮表面气动压力的前几阶激励力的幅值，以验证表征离心压缩机叶轮叶片表面气动压力函数表达式的准确性；
21、b3、根据表征离心压缩机叶轮叶片表面气动压力函数表达式，利用公式(1)中气动压力均值和ωbpf下的前几阶简谐激励力对各节点处的气动压力进行重构，计算各节点重构所得气动压力曲线和原始气动压力曲线间的差异，修正气动压力函数表达式的阶数；
22、b4、对公式(1)进行修正，添加气动压力脉动中其它频率成分，且各修正频率间呈非线性关系，重新构建修正函数表达式：
23、
24、式中，ωfa和ωf为修正频率，即添加的其它频率成分，j，k均为正整数，为修正频率的第j阶简谐激励力，其激励振幅为bj，θj为第j阶简谐激励力的相位；cksin(kωf·t+ξk)为修正频率的第k阶简谐激励力，其激励振幅为ck，ξk为第k阶简谐激励力的相位，其余类推，从而得到离心压缩机叶轮叶片表面非定常气动压力的参数化模型。
25、进一步，建立不同流体激励下离心压缩机叶轮表面非定常气动压力的数据库具体包括：
26、c1、根据离心压缩机叶轮三维叶片数字化模型对相同流量工况不同导叶开度下离心压缩机进行非定常数值计算，获取不同流体激励下叶轮叶片表面非定常气动压力结果；
27、c2、提取离心压缩机叶轮叶片数字化模型节点处的非定常气动压力，利用参数化模型计算各节点非定常气动压力量化的函数表达式，并提取主要脉动频率对应的幅值和相位，建立叶轮叶片表面非定常气动压力数据库，运用插值方法快速准确预测其他未计算导叶开度下离心压缩机叶轮叶片表面非定常气动压力的大小和分布。
28、本专利技术的有益效果：
29、与现有研究技术相比，本专利技术提出的基于参数化模型的离心压缩机叶轮表面非定常气动压力预测方法，通过构建离心压缩机叶轮复杂三维叶片数字化模型、建立量化叶片表面非定常气动压力的参数化模型及气动压力预测数据库，利用该方法能够快速准确预测不同流体激励下离心压缩机叶轮叶片表本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种离心压缩机叶轮表面非定常气动压力预测方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的离心压缩机叶轮表面非定常气动压力预测方法，其特征在于，步骤P1具体包括如下步骤：
3.根据权利要求1所述的离心压缩机叶轮表面非定常气动压力预测方法，其特征在于，步骤P5中，建立表征离心压缩机叶轮表面非定常气动压力的参数化模型具体步骤如下：
4.根据权利要求1所述的离心压缩机叶轮表面非定常气动压力预测方法，其特征在于，步骤P6中，建立不同流体激励下离心压缩机叶轮表面非定常气动压力的数据库具体包括：
【技术特征摘要】
1.一种离心压缩机叶轮表面非定常气动压力预测方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的离心压缩机叶轮表面非定常气动压力预测方法，其特征在于，步骤p1具体包括如下步骤：
3.根据权利要求1所述的离心压缩机叶轮表面非定常气动压力预测...
【专利技术属性】
技术研发人员：张玉芳，吕蒙，刘宁，魏保立，牛晨旭，冯雅珊，齐晓华，
申请(专利权)人：郑州铁路职业技术学院，
类型：发明
国别省市：
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