[发明专利]一种基于CFD方法的汽轮机阀门配汽管理函数生成方法

权利要求书

1.一种基于CFD方法的汽轮机阀门配汽管理函数生成方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，根据汽轮机组的实际结构，建立具有高调阀、导管、喷嘴进汽室、全尺寸三维整圈调节级喷嘴及动叶的三维实体几何模型；

步骤二，基于三维实体几何模型，提取通流区流体域的边界，并建立流体计算域模型，采用多块结构化网格对流体计算域进行网格剖分，通过剖分拓扑块自顶向下建立拓扑块与几何的映射关系；

步骤三，在网格剖分后的流体计算域模型的基础上，采用CFD软件建立数值仿真计算模型，并根据实际物理规律设置计算域的进口及出口边界条件；

步骤四，通过三维粘性可压缩非定常控制方程组及湍流模型方程组求解已知边界条件下的流体研究区域的性能参数，三维粘性可压缩非定常控制方程组分别由连续方程、动量方程和能量方程所组成；

步骤五，利用所建立的数值仿真计算模型，依次针对每个高调阀开展阀门流量特性曲线计算分析，通过改变计算模型中单个高调阀阀门开度，获取得不同阀门开度与调节级流量所对应的函数关系式；

步骤六，利用所建立的数值仿真计算模型，开展阀点流量的计算分析，分别按照机组设计阀序，计算两阀点、三阀点及四阀点工况下调节级实际通流能力；

步骤七，基于CFD模型所获取的阀点流量及单个阀门流量特性，对各个阀门进行流量分配，并优化各阀门间的重叠度，最终综合生成汽轮机阀门配汽管理函数。

2.根据权利要求1所述的一种基于CFD方法的汽轮机阀门配汽管理函数生成方法，其特征在于，步骤一中，高调阀、导管、喷嘴进汽室、全尺寸三维整圈调节级喷嘴及动叶的实体三几何模型生成方法如下：

通过截面曲线组放样生成叶身实体，或通过对截面曲线采用三次B样条曲线来拟成；

其中k次B样条曲线方程为：

其中，d_i为控制顶点，N_i,k为k次规范B样条基函数。

3.根据权利要求1所述的一种基于CFD方法的汽轮机阀门配汽管理函数生成方法，其特征在于，步骤二中，多块结构化网格可以为四面体、六面体及多面体网格；

计算网格可以为O型、C型、L型及H型网格；

网格质量需满足正交角、长宽比及膨胀比的计算要求。

4.根据权利要求1所述的一种基于CFD方法的汽轮机阀门配汽管理函数生成方法，其特征在于，步骤四中，连续方程为：

其中，ρ为流体密度，U为速度矢量，t为时间；

动量守恒方程为：

其中，▽p为压力梯度；

能量守恒方程为：

其中，h_tot为总焓，λ为静焓，T为温度；

式中τ为应力张量，与各变量的应变率有关，定义为：

式中S_M和S_E分别为动量方程和能量方程的源项，δ为Kronecker Delta函数，定义为：

总焓h_tot与静焓h_stat的关系为：

▽·(U·τ)由粘性应力作用产生；U·S_M由外部动量源项产出。

5.根据权利要求1所述的一种基于CFD方法的汽轮机阀门配汽管理函数生成方法，其特征在于，步骤四中，在直角坐标系下，RANS可压缩非定常方程组为：

连续方程：

动量守恒方程：

质量守恒方程：

其中，为雷诺应力，h_tot为平均总焓，为静焓的雷诺通量；

平均总焓h_tot为：

其中，k为湍动能，k的计算方法如下：

其中，u为速度矢量；

对于任一个附加变量φ，其雷诺时均方程为：

其中，Γ为涡扩散系数，S_φ为广义源项矢量。