[发明专利]基于流场仿真的核/火电汽轮机组流体激励数值计算方法及系统

权利要求书

1.一种基于流场仿真的核/火电汽轮机组流体激励数值计算方法，其特征是：包括以下步骤：

1)根据机组运行工况，建立湿蒸汽非平衡凝结流动控制方程；

2)根据机组结构及运行工况，简化流体计算域，创建流道几何模型，并利用结构化网格进行离散；

3)导入离散后的流体计算域，根据机组运行工况，设置相变模型、湍流模型、边界条件和数值求解参数，通过流场仿真求解出叶片表面的瞬态分布压力；

4)建立考虑柔性叶片与弹性转轴间的变形耦合非线性以及翼型预扭叶片的非对称非线性两种几何非线性和流体激励诱发的围带阻尼非线性耦合影响的叶片-转子系统动力学模型，据叶片-转子系统的结构特点和不同的动态特性分析需求，选择不同的离散单元建立不同的叶片-转子系统简化计算模型；

当以求解叶片表面的瞬态分布压力激励下的振动响应、分析流体诱振机理为主要目的，采用六面体单元离散叶片，流体计算域节点与叶片结构节点不是一一对应时，采用反距离加权插值法将流体计算域中各节点上的瞬态分布压力映射为叶片结构节点j的流体激励dF_j(t)，根据虚功原理将流体激励dF_j(t)转化为叶片六面体单元的等效流体激励；

当以求解系统周期性分岔方程、预测转子系统稳定性及分析失稳机制为主要目的，利用Runge-Kutta法，采用空间扭曲梁单元离散叶片，设叶片单元j内无限小微面上的分布压力p(x,y,z,t)近似均布，则微段dx上的流体激励dF(t)通过将p(x,y,z,t)dadx沿截面x的边界轮廓向刚度中心B积分获得。

2.如权利要求1所述的一种基于流场仿真的核/火电汽轮机组流体激励数值计算方法，其特征是：所述步骤1)中，机组运行工况为额定流量工况下的湿蒸汽非平衡凝结流场，叶片表面产生的瞬态分布压力p(x,y,z,t)|_RF分解为平均压力p^A、气液两相温差诱发的压力脉动p₁^Δ和其他非稳定流动现象诱发的压力脉动p₂^Δ。

3.如权利要求1所述的一种基于流场仿真的核/火电汽轮机组流体激励数值计算方法，其特征是：所述步骤1)中，建立湿蒸汽非平衡凝结流动控制方程，并最终将瞬态压力表达式简化为以相对流速W、蒸汽比热c_w、液相质量分数蒸发比焓h_lg以及湿蒸汽的内能e和密度ρ表达的函数。

4.如权利要求1所述的一种基于流场仿真的核/火电汽轮机组流体激励数值计算方法，其特征是：所述步骤2)中，根据机组的长扭叶片结构和在湿蒸汽环境下运行，在有限元分析软件ANSYS的涡轮叶片生成模块BladeGen中创建流道几何模型，并在涡轮叶栅通道网格划分专用模块Turbogrid中利用结构化网格进行离散。

5.如权利要求1所述的一种基于流场仿真的核/火电汽轮机组流体激励数值计算方法，其特征是：所述步骤2)中，在几何模型的近壁面、叶片前、后缘结构形状或尺寸复杂或突变处进行进一步离散、网格加密以提高分析精度。

6.如权利要求1所述的一种基于流场仿真的核/火电汽轮机组流体激励数值计算方法，其特征是：所述步骤3)中，设置湍流模型：采用能够兼顾近壁区计算精度与远壁区计算稳定性的剪切压力传输湍流模型计算汽轮机内的湿蒸汽非平衡凝结流场。

7.如权利要求1所述的一种基于流场仿真的核/火电汽轮机组流体激励数值计算方法，其特征是：所述步骤3)中，设置相变模型：在计算流体力学软件CFX中导入离散后的流体计算域，工质流体为湿蒸汽时，选用CFX中三维N-S求解模块，选择工质材料为steam3vl，基于非等温修正的均质成核理论，选用CFX提供的均质成核模型，对汽轮机定常和非定常的流场进行数值模拟。