[发明专利]单级压气机放大模化方法及系统

说明书

本发明提供了一种单级压气机放大模化方法及系统，包括如下步骤：模型建立步骤：将原模型进行放大，得到放大模型；间隙修正步骤：采用叶顶间隙放大修正模型；尺寸修正步骤：采用扩压器出口尺寸放大修正模型；使用步骤：基于放大模型进行气动实验和计算，对原模型进行气动性能分析。本发明提供的单级压气机放大模化方法，在原放大模型的基础上，分别通过间隙损失准则以及扩压器的摩擦损失系数进行修正，实现了放大模型与原模型的流场相似。

技术领域

本发明涉及叶轮机械的技术领域，具体地，涉及一种单级压气机放大模化方法及系统。

背景技术

压气机作为核心机的三大部件之一，对核心机以及整台发动机的研制都有着举足轻重的作用。为提升压气机的性能，需要获得压气机详细的流场，对流场结构进行深入细致的分析，研究各种损失的机理，提出对应的改进方案。然而，到目前为止，压气机内部的详细流场很难直接获得。从实验的角度来看，由于压气机叶片短、叶排之间的轴向间隙小以及高温、高压的工作环境，还有昂贵的高速试验费用等原因，用常规的方法很难对其内部流场进行详细的试验测量。从仿真的角度来看，虽然对于叶轮机械的全三维计算有了很大的进展，但是对于压气机而言，计算成本代价大，计算结果不够精细，不能很好反映出压气机内部的损失机理。

针对以上难题，研究人员针对压气机特点，提出并发展了压气机放大模化的方法。通过模化，使得压气机与对应的放大模型压气机的流场相似，即用低速放大的压气机的实验结果来反映出原型的流场结构和流动参数的变化趋势，并在此基础上对压气机提出改进设计方案。但在过去的研究中，马赫数Ma和雷诺数Re被认为是保持流场相似性的关键参数之一。

公开号为CN110032784A的中国发明专利文献公开了一种带封严篦齿的高速轴流压气机的低速模化设计方法，根据高速轴流压气机的转子与静子叶片叶型模化设计，确定压气机篦齿封严腔低速模化设计方案并分别进行建模和网格划分，并且通过雷诺平均NS方程求解设计点工况的流场数值解，对该流场进行不同方面的对比分析，最后将绝热效率最接近高速原型的低速模化设计方案中的篦齿个数作为低速方案的最优篦齿个数以实现其优化制造。

针对上述中的相关技术，发明人认为上述方法在进行实际的放大过程中，很难同时保证雷诺数和马赫数相同，因此原型机与模化后的压气机的流场差异是不可避免的。另外，叶顶间隙和扩压器等几何尺寸是不可能随比例放大的，它们的差异必然会影响流场的相似性。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种单级压气机放大模化方法及系统。

根据本发明提供的一种单级压气机放大模化方法，包括如下步骤：

模型建立步骤：将原模型进行放大，得到放大模型；

间隙修正步骤：采用叶顶间隙修正放大模型；

尺寸修正步骤：采用扩压器出口尺寸修正放大模型；

使用步骤：基于放大模型进行气动实验和计算，对原模型进行气动性能分析。

优选的，在所述模型建立步骤中，将原模型几何尺寸按照放大因子进行放大，同时保证放大后压气机的质量流量系数和机器马赫数不变。

优选的，在所述间隙修正步骤中，按照间隙损失原则，采用压气机动叶的叶顶间隙修正放大模型，保证压气机的间隙损失和总损失的比值不变。

优选的，在所述尺寸修正步骤中，采用压气机的扩压器出口半径修正放大模型，保证压气机的扩压器摩擦损失系数不变。

优选的，在所述模型建立步骤中，

式中φ为质量流量系数，Q为压气机进口体积流量，u₂为叶轮圆周速度，D₂为叶轮直径，π表示圆周率；