[发明专利]多级封严盘腔瞬态响应的一维建模方法

权利要求书

1.多级封严盘腔瞬态响应的一维建模方法，其特征在于，该方法将多级封严盘腔结构中的转静盘腔视为盘腔元件，将封严篦齿视为篦齿元件，并提出一种篦齿拆分模型对篦齿元件进行拆分，该篦齿拆分模型将篦齿元件拆分为不考虑瞬态效应的压力损失元件和需要考虑容积效应的齿腔元件，且定义压力损失元件为篦齿齿顶与衬套之间的区域，该区域的宽度为齿厚，齿腔元件为相邻两个齿之间的空腔区域；

对于盘腔元件和齿腔元件，建立一维瞬态数学模型，输入元件几何参数与瞬态边界工况后，通过对盘腔空气系统一维瞬态网络求解得到盘腔内流体参数随时间响应变化。

2.根据权利要求1所述的多级封严盘腔瞬态响应的一维建模方法，其特征在于，所述对于盘腔元件和齿腔元件，建立的一维瞬态数学模型相同，且所述一维瞬态数学模型包括腔内平均压力变化率和腔内平均温度变化率；

腔内平均压力变化率的计算公式为：

式中，和分别为腔室内的平均静压和平均静温，V_cv为腔室容积，和分别为腔室的进口和出口流量，t为时间，R为气体常数；

腔内平均温度变化率的计算公式为：

式中，T_t,in和T_t,out分别为腔室进口和出口流体总温，C_p,in和C_p,out分别为腔室进口和出口处流体的定压比热容，C_v为定容比热容，Q_net为流体与轮盘对流换热量Q_net,HT和风阻温升热量Q_net,disc的总和；

其中，流体与轮盘对流换热量Q_net,HT的计算公式为：

Q_net,HT＝h_avA_w(T_w-T_ref)

式中，A_w为换热表面面积，T_w为轮盘表面平均温度，T_ref为流体平均温度，h_av为轮盘表面的对流换热系数；h_av的计算公式如下：

式中，y为结构系数，Re_Ω为旋转雷诺数，L为几何特征长度，λ_f为静止流体的导热系数，C_w为无量纲流量系数，其定义为其中μ为气体动力粘度，r_out为旋转盘腔外缘半径；

风阻温升热量Q_net,disc的计算公式为：

Q_net,disc＝M_d·ω_d

式中，ω_d为轮盘旋转角速度，M_d为轮盘力矩，M_d的计算公式如下：

式中，K为力矩系数因子，ρ为冷气密度，r为当地半径，C_m,disk为圆盘力矩系数，ω(r)表示当地半径处冷气相对于轮盘的角速度，sgn(·)为符号函数。

3.根据权利要求2所述的多级封严盘腔瞬态响应的一维建模方法，其特征在于，所述腔室的进口和出口流量的计算公式如下：

其中，C_d为腔室出口的流量系数，P_in和p_out分别为腔室进口总压和出口静压，p_o和p_r分别为腔室中心和外缘半径处的静压，A_in和A_out分别为腔室进口和出口通流面积，k为等熵指数。

4.根据权利要求1所述的多级封严盘腔瞬态响应的一维建模方法，其特征在于，所述多级封严盘腔结构中，发动机中的冷却空气从上游封严篦齿流入转静盘腔中，对涡轮盘进行冷却，再通过下游封严篦齿流出转静盘腔。

5.根据权利要求1所述的多级封严盘腔瞬态响应的一维建模方法，其特征在于，所述压力损失元件中，质量流量与总压比PR_t之间的关系为：

式中，A为压力损失元件的区域面积，C_D为篦齿流量系数，P_in为腔室进口总压，T_t,in为腔室进口流体总温，R为气体常数，n为齿数，Γ为透气效应修正系数，Γ的计算公式如下：

式中，B为篦齿的间距，c为齿顶间隙。