基于径向掺混的轴流风扇或压气机子午面通流计算方法技术

本发明专利技术提供一种基于径向掺混的轴流风扇或压气机子午面通流计算方法，包括：计算各计算网格节点与径向的夹角

【技术实现步骤摘要】
基于径向掺混的轴流风扇或压气机子午面通流计算方法


[0001]本专利技术涉及压气机
，具体涉及一种基于径向掺混的轴流风扇或压气机子午面通流计算方法
。

技术介绍

[0002]在一个完备的轴流压气机设计体系中，子午面通流计算具有举足轻重的地位，特别是对于多级轴流压气机反问题设计，是压气机重要的设计方法
。
而随着工程应用中对轴流压气机内部流动规律认识的深入，压气机的设计指标也在不断提高
(
高压比
、
高效率和高喘振裕度
)
，综合性能更加完善
。
叶片排子午面流场的计算和设计与这些要求直接相关，得到准确的计算结果和更为完整的风扇和压气机流场参数，提高压气机性能，降低设计风险，缩短设计周期
。
[0003]子午面通流计算是风扇
/
压气机设计的关键环节之一，虽然现在子午面通流程序发展的已较为成熟，但要提高压气机的性能，流线曲率法的子午面通流求解仍然是一个重要的工具
。
压气机子午面通流计算是一个在多种简化假设下
(
如粘性
、
流面假设等
)
建立起来的设计方法，本身就要有许多实验数据和经验参数的选取来作为设计的基础
、
计算的输入，这些数据对计算结果的影响很大
。
采用任何一种精度很高的计算方法都可能因经验不足等原因而导致设计失败
。
[0004]另外，当前风扇
/
压气机的设计趋势是低展弦比设计，其气动设计方面的要求与高展弦比不同
。
低展弦比所造成的强的三维流动效应，不但表现在三维激波结构上，而且表现在流动的径向掺混问题上
。
因此，要得到高性能的低展弦比压气机，与高展弦比设计相比，须考虑径向掺混的因素，计算更复杂
。
通常的通流计算程序是不考虑复杂的压气机端区流动，这对端区压气机气动设计带来的偏差需要依赖经验来修正，而不同设计人员用经验修正的变化量也不同，因此不能真实地反映风扇
/
压气机流场的径向掺混对参数的影响
。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，针对工程设计中需要实现的通流数值计算需求，本申请实施例提供一种基于径向掺混的轴流风扇或压气机子午面通流计算方法，本方法采用掺混模型来作为湍流扩散项，分析计算掺混的影响，减少了对以往经验的依赖，同时更加真实地反映风扇
/
压气机流场的径向掺混对参数的影响
。
[0006]本申请实施例提供以下技术方案：一种基于径向掺混的轴流风扇或压气机子午面通流计算方法，包括：
[0007]S1.
根据初始给定的各计算网格节点的坐标值，计算各计算网格节点与径向的夹角
γ
，以及各计算网格节点与压气机轴线交点的轴向坐标
Z
；
[0008]S2.
流线初始化，对压气机进口计算网格节点，得到各网格节点的径向坐标
r
；
[0009]S3.
根据各计算网格节点的坐标值，获得各网格节点所在流线的斜率
tan
φ
和曲率；
[0010]S4.
通过迭代计算，确定子午速度
Vm
初值；
[0011]S5.
计算各网格节点的总温
T*
，总压
P*
，预旋角；
[0012]S6.
根据所述子午速度
Vm
初值
、
各点所在流线的斜率
tan
φ
和曲率
、
各网格节点的总温
T*
，总压
P*
，预旋角，求解径向平衡方程，得到子午速度
Vm
；
[0013]S7.
根据子午速度松弛因子对子午速度
Vm
进行调整；
[0014]S8.
计算各网格节点的总温
T*
，总压
P*
，预旋角；
[0015]S9.
计算径向滞止总焓
、
熵和由径向热
、
动量扩散引起的切向动量；
[0016]S10.
计算各站流线位置；
[0017]S11.
检验流量和子午速度
Vm
是否满足收敛条件，重复
S5
‑
S9
；
[0018]S12.
计算新流线的径向坐标
r
；
[0019]S13.
检验流量和子午速度
Vm
是否满足收敛条件，重复
S3
‑
S11
，直到满足收敛条件；
[0020]S14.
计算流场收敛结果
。
[0021]根据本申请一种实施例，
S2
中，流线初始化，对压气机进口计算网格节点，按流量率来分布各点的径向位置，得到各网格节点的径向坐标
r。
[0022]根据本申请一种实施例，
S3
中，进口计算站和出口计算站的流线曲率为
0。
[0023]根据本申请一种实施例，
S4
中，第一次迭代子午速度
Vm
初值为设定值，后续迭代的子午速度
Vm
初值为上一步计算得到的子午速度
Vm。
[0024]根据本申请一种实施例，
S9
中，采用到轴向
、
径向
、
切向动量方程和能量方程，计算径向滞止总焓
、
熵和由径向热
、
动量扩散引起的切向动量
。
[0025]根据本申请一种实施例，
S10
中，计算各站流线位置时，进口站流线位置不变，以后各站流线位置根据进口站相应流管的流量率进行调整计算
。
[0026]根据本申请一种实施例，
S11
中，所述收敛条件包括小循环收敛准则，所述小循环收敛准则为：该计算站的计算流量与规定流量之间的相对误差满足收敛精度
。
[0027]根据本申请一种实施例，所述的计算流量与规定流量之间的相对误差表达式为：
[0028][0029]其中，
G
input
为规定流量；
KG
为堵塞系数；
Gcal
为计算流量
。
[0030]根据本申请一种实施例，所述收敛条件还包括大循环收敛准则，所述大循环收敛准则为：各站流管的流量率与进口站的相应流管的流量率之间的绝对误差满足收敛精度；以及各站本次大循环的子午速度与上次大循环的子午速度之间的相对误差满足收敛精度
。
[0031]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于径向掺混的轴流风扇或压气机子午面通流计算方法，其特征在于，包括：
S1.
根据初始给定的各计算网格节点的坐标值，计算各计算网格节点与径向的夹角
γ
，以及各计算网格节点与压气机轴线交点的轴向坐标
Z
；
S2.
流线初始化，对压气机进口计算网格节点，得到各网格节点的径向坐标
r
；
S3.
根据各计算网格节点的坐标值，获得各网格节点所在流线的斜率
tan
φ
和曲率；
S4.
通过迭代计算，确定子午速度
Vm
初值；
S5.
计算各网格节点的总温
T*
，总压
P*
，预旋角；
S6.
根据所述子午速度
Vm
初值
、
各点所在流线的斜率
tan
φ
和曲率
、
各网格节点的总温
T*
，总压
P*
，预旋角，求解径向平衡方程，得到子午速度
Vm
；
S7.
根据子午速度松弛因子对子午速度
Vm
进行调整；
S8.
计算各网格节点的总温
T*
，总压
P*
，预旋角；
S9.
计算径向滞止总焓
、
熵和由径向热
、
动量扩散引起的切向动量；
S10.
计算各站流线位置；
S11.
检验流量和子午速度
Vm
是否满足收敛条件，重复
S5
‑
S9
；
S12.
计算新流线的径向坐标
r
；
S13.
检验流量和子午速度
Vm
是否满足收敛条件，重复
S3
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：李清华，庞超，王永明，
申请(专利权)人：中国航发四川燃气涡轮研究院，
类型：发明
国别省市：