[发明专利]基于修正气封泄露量影响数值模型的压气机特性预测方法

说明书

本发明提供了基于修正气封泄露量影响数值模型的压气机特性预测方法，属于压气机气动设计与计算分析技术领域。其目的是为了解决压气机在特性预测过程中通流部分气封结构的气体泄露所导致的压气机性能预测结果偏差问题。本发明首先对通流部分气封结构简化处理并建立气封结构子午通流模型，并完成整个压气机通流部分流体域的网格离散；在进行计算前处理时在压气机通流部分对应位置加入气封泄漏量的修正数值模型，并在交界面上完成气封结构泄漏量的具体数值定义；对压气机整个通流部分流体域进行三维定常粘性数值求解，得到修正通流气封泄露量后的压气机性能预测结果。本发明适用于带有气封结构的诸如工业用压缩机等类似叶轮机械的性能预测过程。

技术领域

本发明涉及一种压气机特性预测方法，属于压气机气动设计与计算分析技术领域。

背景技术

压气机作为燃气轮机三大核心部件之一，其性能好坏对整个燃气轮机系统的功率、效率及可靠性起着决定性作用。随着燃气轮机性能指标的不断提升，现代压气机正向着高压比、高效率、大喘振裕度的方向发展，这就对压气机的气动设计提出了更高的要求。而压气机特性预测作为其气动设计体系中的关键技术之一，在高性能先进压气机的设计研发过程中起着至关重要的作用。能否对所设计的压气机做出准确的特性预测，是每一型压气机研发成败的决定性因素。

随着如今压气机性能的提升以及设计手段的进步，各种真实结构对压气机性能的影响已经成为先进压气机研发时必须考虑的关键要素。设计人员在进行压气机气动方案设计时，必须充分虑及各种真实结构状态对压气机性能的影响程度，从而确保所设计出的压气机在实际工程应用时能够达到预期的性能指标。在各种压气机真实结构特征中，通流部分动、静部件之间的气封结构作为影响压气机气动性能的重要因素之一，其作用形式主要表现为压气机内部主流动区域在气封部位的气体泄露程度。每一处通流部分气封结构气体泄漏量的多少，直接关系着压气机在实际工程状态下的气动性能如何变化。因此，在进行压气机特性预测时，必须充分考虑气封泄漏量对压气机性能的影响，避免性能预测结果偏差较大。

另一方面，随着计算机技术以及计算流体力学的飞速发展，三维数值模拟技术已作为一种成熟的分析手段，在现代压气机气动设计中广泛应用。而真实的压气机气封结构往往十分复杂，且特征尺度远远小于主流区域，这就导致一旦在压气机三维数值模拟中加入真实气封结构时，几何模型处理、网格划分的工作量将显著增加，同时计算收敛难度急剧上升，这将给压气机的实际工程研发带来十分不利的影响。为此，发展适合工程设计应用的、能够充分考虑并修正气封泄露量对压气机特性预测影响的三维计算方法具有非常重要的意义。

发明内容

本发明的目的是为了解决压气机在特性预测过程中通流部分气封结构的气体泄露所导致的压气机性能预测结果偏差问题，提供了基于修正气封泄露量影响数值模型的压气机特性预测方法。

本发明所述基于修正气封泄露量影响数值模型的压气机特性预测方法，通过以下技术方案实现：

步骤一、针对压气机子午通流图进行气封结构处理，建立位于静叶片根部的通流部分气封结构的子午通流模型，该通流部分气封结构的子午通流模型具有泄露量定义所需剖面；

步骤二、将建立的通流部分气封结构的子午通流模型导入网格划分工具，在气封结构的各进出口位置，创建压气机子午通流的径向线，实现气封结构与压气机叶片通流部分网格的完全匹配连接；

步骤三、对压气机叶片通流部分网格以及气封部分网格进行划分，形成三维模型网格，完成压气机整个通流部分流体域的网格离散；

步骤四、将步骤三中生成的三维模型网格导入前处理软件中；

步骤五、在前处理软件中加入对压气机通流部分各处气封结构泄漏量的修正数值模型，首先将气封结构三维模型网格中的泄露量定义剖面设置为Interface交界面，该交界面类型采用Frozen Rotor类型；通过交界面上非匹配网格之间的插值运算保证交界面左右两侧满足质量与动量守恒，并通过定义该交界面的质量流率，实现对气封结构泄露量的具体数值定义；