本申请公开了一种压气机三维数值模拟方法及装置，该方法包括：在均匀进气条件下，通过定常雷诺平均方法计算压气机第一流场；对第一流场进行控制体分析，获取三维体积力初始项，三维体积力初始项为压气机叶片所承受的力；类比压气机流量系数与负荷系数，建立当地相对气流角与相对负荷系数的关联，当地相对气流角表征当地进气攻角；根据三维体积力初始项，结合不可压条件的约束，建立当地相对气流角与相对损失系数的关联；根据相对负荷系数和相对损失系数，计算三维体积力源项。本申请提出的技术方案缓解了传统URANS方法计算时间长的技术问题，也缓解了压气机简化模型无法真实反应复杂畸变流场三维流动特征的技术问题。畸变流场三维流动特征的技术问题。畸变流场三维流动特征的技术问题。
【技术实现步骤摘要】
压气机三维数值模拟方法及装置
[0001]本申请涉及压气机流体力学
，特别是涉及一种压气机三维数值模拟方法及装置。
技术介绍
[0002]航空发动机实际工作过程中，附面层吸入、大迎角机动飞行等原因将使得压气机进口气动参数分布不均匀。流场畸变对压气机具有多方面的影响：进气畸变对压气机性能有一定影响，即压气机的压比和效率相对于均匀进气条件有所降低；但更为重要的是，进气畸变对压气机及其所在的压缩系统的气动稳定性有重大影响，使之提前失速，从而引出了推进系统的相容性问题。这种相容性问题，突出表现在军用飞机作战时航空发动机进口流场恶化，降低推进系统的性能和稳定工作裕度，威胁飞机的飞行安全。
[0003]通过全周URANS(Unsteady Reynolds Averaged Navier
‑
Stokes非定常雷诺平均)计算方法能够获取较为可靠的流场结构，但复杂的叶片几何构型需要绘制精细的网格，时间推进方法求解周期性的非定常流场动辄需要数百颗CPU计算数周时间。低维的压气机简化模型聚焦于压气机内主要特征尺度的流动特征，对叶片效应进行合理的降维简化从而降低计算量，在满足有效反应压气机流动失稳非线性演化过程的典型特征的同时大大缩短计算时间。但由于采用降维处理，无法刻画压气机叶排内复杂畸变流场的三维流动特征，计算精度难以满足现今发动机研制水平的要求。
[0004]鉴于此，本申请提出了一种压气机三维数值模拟方法及装置。
技术实现思路
[0005](一)申请目的
[0006]本申请的目的是提出一种压气机三维数值模拟方法及装置，缓解现有技术存在的问题。
[0007](二)技术方案
[0008]根据一些实施例，本申请的第一方面提供了一种压气机三维数值模拟方法，包括：在均匀进气条件下，通过定常雷诺平均方法计算压气机第一流场；对第一流场进行控制体分析，获取三维体积力初始项，三维体积力初始项为压气机叶片所承受的力；类比压气机流量系数与负荷系数，建立当地相对气流角与相对负荷系数的关联，当地相对气流角表征当地进气攻角；根据三维体积力初始项，结合不可压条件的约束，建立当地相对气流角与相对损失系数的关联；根据相对负荷系数和相对损失系数，计算三维体积力源项。
[0009]可选地，通过定常雷诺平均方法计算压气机第一流场的步骤，还包括：调整边界条件获得压气机特性线上不同质量流量工况点的第一流场。
[0010]可选地，对第一流场进行控制体分析的步骤，包括：在压气机叶排通道选取控制体，选取的控制体周向方向的两侧控制面为叶片的吸力面或压力面；计算控制体除两侧控制面之外各个面上流体的动量通量和压力。
[0011]可选地，计算控制体除两侧控制面之外各个面上流体的动量通量和压力的步骤，包括：采用动量通量的面积加权平均方式计算第一流场参数周向平均量。
[0012]可选地，计算三维体积力源项的步骤，包括：以当地相对气流角匹配相对负荷系数和损失系数；根据当地流动参数计算切向体积力和机械能损失；根据不可压条件下的机械能方程求解三维体积力源项。
[0013]根据一些实施例，本申请的另一个方面提供了一种压气机三维数值模拟装置，包括：初始条件构建模块，其用于在均匀进气条件下，通过定常雷诺平均方法计算压气机第一流场；对第一流场进行控制体分析，获取三维体积力初始项，三维体积力初始项为压气机叶片所承受的力；仿真模型构建模块，其用于类比压气机流量系数与负荷系数，建立当地相对气流角与相对负荷系数的关联，当地相对气流角表征当地进气攻角；根据三维体积力初始项，结合不可压条件的约束，建立当地相对气流角与相对损失系数的关联；根据相对负荷系数和相对损失系数，计算三维体积力源项。
[0014]可选地，初始条件构建模块被进一步配置为：调整边界条件获得压气机特性线上不同质量流量工况点的第一流场。
[0015]可选地，仿真模型构建模块被进一步配置为：在压气机叶排通道选取控制体，选取的控制体周向方向的两侧控制面为叶片的吸力面或压力面；计算控制体除两侧控制面之外各个面上流体的动量通量和压力.
[0016]可选地，仿真模型构建模块被进一步配置为：采用动量通量的面积加权平均方式计算第一流场参数周向平均量。
[0017]可选地，仿真模型构建模块被进一步配置为：以当地相对气流角匹配相对负荷系数和损失系数；根据当地流动参数计算切向体积力和机械能损失；根据不可压条件下的机械能方程求解三维体积力源项。
[0018](三)有益效果
[0019]本申请的上述技术方案具有如下有益的技术效果：采用对沿程流场微元进行控制体分析，获取了具有高空间分辨率的体积力初始项。为充分刻画叶栅特性，在流场的求解过程中根据当地流动参数关联计算体积力源项，使计算模型可以体现压气机叶排内复杂畸变流场的三维流动特征，缓解了传统URANS方法计算时间长的技术问题，也缓解了压气机简化模型无法真实反应复杂畸变流场三维流动特征的技术问题。
[0020]应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
[0021]为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一种实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0022]图1为本申请实施例一种压气机三维数值模拟方法流程示意图；
[0023]图2为本申请实施例一种压气机三维数值模拟方法控制体选取示意图；
[0024]图3为本申请实施例一种压气机三维数值模拟方法叶片几何命名示意图；
[0025]图4为本申请实施例一种压气机三维数值模拟方法在均匀进气条件下和RANS计算方法得到的叶栅攻角特性对比示意图；
[0026]图5为本申请实施例一种压气机三维数值模拟方法在均匀进气条件下和RANS计算方法得到的沿程气流偏转角分布对比示意图；
[0027]图6为本申请实施例一种压气机三维数值模拟方法在畸变进气条件下叶片前缘的总压、切向速度及攻角的分布情况示意图；
[0028]图7为本申请实施例一种压气机三维数值模拟方法在畸变进气条件下和URANS计算方法得到的流场总压云图对比示意图；
[0029]图8为本申请实施例一种压气机三维数值模拟方法在畸变进气条件下和URANS计算方法得到的前、尾缘总压分布对比示意图；
[0030]图9为本申请实施例一种压气机三维数值模拟方法在畸变进气条件下和URANS计算方法得到的总压升分布对比示意图；
[0031]图10为本申请实施例一种压气机三维数值模拟装置结构示意图。
具体实施方式
[0032]为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本申请进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本申请的范围本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种压气机三维数值模拟方法，其特征在于，包括：在均匀进气条件下，通过定常雷诺平均方法计算所述压气机第一流场；对所述第一流场进行控制体分析，获取三维体积力初始项，所述三维体积力初始项为压气机叶片所承受的力；类比所述压气机流量系数与负荷系数，建立当地相对气流角与相对负荷系数的关联，所述当地相对气流角表征当地进气攻角；根据所述三维体积力初始项，结合不可压条件的约束，建立所述当地相对气流角与相对损失系数的关联；根据所述相对负荷系数和相对损失系数，计算所述三维体积力源项。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过定常雷诺平均方法计算所述压气机第一流场的步骤，还包括：调整边界条件获得所述压气机特性线上不同质量流量工况点的第一流场。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述第一流场进行控制体分析的步骤，包括：在所述压气机叶排通道选取控制体，选取的所述控制体周向方向的两侧控制面为叶片的吸力面或压力面；计算所述控制体除两侧控制面之外各个面上流体的动量通量和压力。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，计算所述控制体除两侧控制面之外各个面上流体的动量通量和压力的步骤，包括：采用动量通量的面积加权平均方式计算所述第一流场参数周向平均量。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，计算所述三维体积力源项的步骤，包括：以当地相对气流角匹配相对负荷系数和损失系数；根据当地流动参数计算切向体积力和机械能损失；根据不可压条件下的机械能方程求解所述三维体积力源项。6.一...
【专利技术属性】
技术研发人员：潘天宇，李秋实，凌健蓝，刘仕杰，郑孟宗，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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