[发明专利]旋转失速预测方法及装置

说明书

本发明涉及一种旋转失速预测方法及装置，方法包括：基于获取到的无叶扩压器内液体稳定流动下的流体流量、无叶扩压器半径比、上游叶轮出口环量以及测量位置的半径，得到该无叶扩压器内流体的第一径向速度、第一切向速度、第一压力值以及第一旋度的解析解，分别向各解析解中添加扰动项，采用流动控制方程组进行处理以得到线性方程组，采用简正模对各解析解对应添加的扰动项进行扰动分析以得到流体在扰动状态下扰动项与时间、空间的扰动量对应关系；根据无叶扩压器的预设边界条件、线性方程组、扩压器进出口半径比以及模态数得到所述旋转失速临界点的流动角。通过上述方法，实现对旋转失速临界点的流动角的可靠预测，有效降低旋转失速工程预测成本。

技术领域

本发明涉及无叶扩压器内旋转失速的预测技术领域，具体而言，涉及一种旋转失速预测方法及装置。

背景技术

离心式压缩机是一种提高气体压力和速度，并对气体进行输送的重要装备，在现代社会中有着广泛的应用，为了提高压缩机的输送压力，减小流体在输送过程中的能量损失，离心式压缩机的叶轮通常会连接一段无叶扩压器，该无叶扩压器在小流量工况下运行时，流体由于径向速度减小、切向速度增大导致无叶扩压器内流动角减小，进而引发流动失稳产生被称为旋转失速的不稳定流动现象。例如，在无叶扩压器内会产生数个失速团，失速团的自旋方向与叶轮相反，因此失速团的一侧流动方向向内，另一侧流动方向向外。又由于失速团本身会沿着扩压器的周向缓慢传播，因此在失速团扫过某一部位时，反向流动会占据该位置，产生流动堵塞，严重影响流体的输送效率，引起系统性能骤降并对系统的稳定性和安全性造成破坏。由于旋转失速现象对系统性能、安全性和稳定性方面的负面作用，在实际运行中应当避免设备在失速区间内运行，因此需要对旋转失速发生的临界点进行预测。现有技术中，通常采用实验监测结合数值模拟的方法来测试旋转失速的临界发生工况及其流动特点。

发明人经研究发现，采用实验和数值模拟方法的经济成本较大、时间周期较长，难以简便快捷地为设计者提供系统临界失速点的预测值的情况。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种旋转失速预测方法及装置，以有效缓解上述技术问题。

为实现上述目的，本发明实施例采用如下技术方案：

一种旋转失速预测方法，用于对无叶扩压器内旋转失速现象进行预测，所述方法包括：

基于获取到的无叶扩压器内液体稳定流动下的流体流量、无叶扩压器半径比、上游叶轮出口环量以及测量位置的半径，得到该无叶扩压器内流体的第一径向速度、第一切向速度、第一压力值以及第一旋度的解析解；

分别向所述第一径向速度、第一切向速度、第一压力值以及第一旋度的解析解中添加扰动项，并采用包括流体连续性方程、欧拉方程以及涡量方程的流动控制方程组进行处理以得到该流动控制方程组对应的线性方程组；

采用简正模对所述第一径向速度、第一切向速度、第一压力值以及第一旋度的解析解对应添加的扰动项进行扰动分析以得到所述无叶扩压器内的流体在扰动状态下的扰动项与时间、空间的扰动量对应关系；

根据所述无叶扩压器的预设边界条件、所述线性方程组、扩压器进出口半径比以及模态数得到所述无叶扩压器内旋转失速临界点的流动角。

可选的，在上述旋转失速预测方法中，所述第一径向速度的解析解为V_r，且其中，r为测量位置的半径；

所述第一切向速度的解析解为V_θ，且其中，Q为无叶扩压器的流体流量，Γ为上游叶轮出口环量；

第一压力值的解析解为P，且其中，R为扩压器进出口半径比；

第一旋度的解析解为ξ，且ξ＝0。