[发明专利]一种根据设计指标预测压气机各转速峰值效率点的方法

说明书

本发明涉及一种根据设计预测压气机各转速峰值效率点的方法，属于压气机特性预测领域。预测过程的数据输入仅为压气机设计指标(设计点总压比和效率)，无需压气机叶型数据。根据设计点总压比，首先构建三个系数，然后预测出各等转速线峰值效率点特性。本发明中使用的公式及参数均来源于对历史压气机特性数据的挖掘。本发明提出的预测方法可用于轴流压气机、离心压气机各转速峰值效率点预测，特别适用于在燃气轮机、航空发动机总体设计初期尚无叶型数据时对压气机各转速线峰值效率点进行预测，计算简单便捷、精度较高。

技术领域

本发明属于压气机特性预测领域，涉及一种压气机特性图预测方法，特别是压气机特性图等转速线峰值效率点的预测。

背景技术

压气机是燃气轮机重要部件，用于压缩来流气体，广泛应用于航空动力、船舶动力和热力发电等领域。压气机特性图是压气机在全运行范围内气动性能的主要表示方式，是航空发动机以及燃气轮机实际运行的关键依据，特性图描述了压气机的效率和总压比与无量纲归一化转速、无量纲归一化流量之间关系，一般绘制成包含若干条等转速线的两幅线图，每条等转速线以折合流量为自变量，两幅图中效率和总压比为分别为因变量，每条等转速线上一般都有一个峰值效率点。燃气轮机、航空发动机工作时，压气机工作线一般接近峰值效率点连线，峰值效率点为该转速下压气机工作状态的最佳点，峰值效率点的预测对燃气轮机运行和全范围特性预测有重要意义。

一般情况为获取压气机特性图，多通过压气机试验测量和压气机流场数值计算的方法，该两种方法均需要已知压气机叶型数据。在工程实际中，在燃气涡轮发动机初步设计阶段，进行总体性能计算时，需要初步的压气机特性数据，而此时一般没有压气机叶型数据，故只能使用不依赖叶型数据的性能预测算法。

目前，压气机性能预测大多是基于已有特性图的内插值或外推到特性图没有包含的转速范围，或者基于根据设计指标对压气机叶型进行正反设计，再通过流场数值计算获得特性，计算量较大。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种无需叶形几何数据和流场数值计算，仅需要设计指标和简单计算的压气机特性预测方法。

技术方案

一种根据设计指标预测压气机特性线峰值效率点的方法，根据设计指标：转速的效率最高点的总压比π_D和效率η_D，计算各个转速峰值效率点的归一化流量m_p、总压比π_p和效率η_p，其计算公式如下：

γ＝1.4

其中，n为转速，系数k_T、k_p和k_h均为设计指标总压比π_D的函数，系数关联式如下所示：

k_T＝0.068exp(4.86/π_D)+0.98

k_P＝0.058exp(5.65/π_D)+1.157

k_h＝0.52exp(2.41/π_D)+0.078。

所述的系数k_T、k_p和k_h可以进行5％范围内的浮动。