[发明专利]基于体积力模型的叶轮机模拟、失稳预测方法和装置

权利要求书

1.一种基于体积力模型的叶轮机模拟方法，包括：

基于在叶轮机流体计算域的叶片区和非叶片区分别设置的多个网格点，按照设定的时间步对所述流体计算域中的流动参数进行迭代计算；

其中，基于所述叶片区中的网格点进行的迭代计算如下：

根据初场中或上一步迭代得到的所述网格点位置的流动参数，确定所述网格点位置的流动状况；

基于所述流动状况确定所述网格点位置的理想速度场，根据所述理想速度场构建所述网格点位置的体积力矢量场；

根据所述体积力矢量场求解流动控制方程组，得到本步迭代的所述网格点位置的流动参数。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述根据初场中或上一步迭代得到的所述网格点位置的流动参数，确定所述网格点位置的流动状况，包括：

需要进行喘振的模拟时，确定初场中或者上一步迭代得到的叶片区中每一网格点位置的气流速度沿着叶轮机流向的流向分量；

若所述流向分量小于0，确定该网格点位于回流区；

若所述流向分量大于等于0，确定该网格点位于顺流区。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：

所述基于所述流动状况确定所述网格点位置的理想速度场，包括：

根据叶片区中每一网格点所在叶片的气流攻角和落后角、及该网格点在叶片上的相对位置，确定该网格点的偏差角；计算该网格点的偏差角和该网格点的叶片角之和，作为该网格点位置的理想速度方向；

其中，该网格点位于顺流区时，所述气流攻角为叶片前缘的气流角与叶片角的差，所述落后角根据所述气流攻角和基于顺流区设定的气流攻角与落后角的关系模型确定；该网格点位于回流区时，所述气流攻角为叶片后缘的气流角与叶片角的差，所述落后角根据基于回流区设定的气流攻角与落后角的关系模型确定，或者设定为大于等于0且小于所述气流攻角的值。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述根据初场中或上一步迭代得到的所述网格点位置的流动参数，确定所述网格点位置的流动状况，包括：

需要进行旋转失速的模拟时，确定初场中或者上一步迭代得到的叶片区中每一网格点位置的气流角与叶片角的差，得到该网格点位置的局部落后角；

若得到的局部落后角大于设定的该网格点位置的局部落后角的临界值，确定该网格点位于失速流动区；

若得到的局部落后角小于等于设定的该网格点位置的局部落后角的临界值，确定该网格点位于正常流动区。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于：

所述基于所述流动状况确定所述网格点位置的理想速度场，包括：

根据叶片区每一网格点所在叶片的气流攻角和落后角、及该网格点在叶片上的相对位置，确定该网格点的偏差角；计算该网格点的偏差角和该网格点的叶片角之和，作为该网格点位置的理想速度方向；

其中，所述气流攻角为叶片前缘的气流角与叶片角的差；

其中，该网格点位于正常流动区时，所述落后角根据所述气流攻角和基于正常流动区设定的气流攻角与落后角的关系模型确定；该网格点位于失速流动区时，所述落后角根据所述气流攻角和基于失速流动区设定的气流攻角与落后角的关系模型确定。

6.如权利要求3或5所述的方法，其特征在于：

所述根据叶片区每一网格点所在叶片的气流攻角和落后角，及该网格点在叶片上的相对位置，确定该网格点的偏差角，包括：

将该网格点所在叶片的气流攻角和落后角作为参变量，该网格点所在的叶片弦位置作为自变量，代入设定的角度分布函数，得到因变量即该网格点的偏差角；其中，根据所述角度分布函数得到的偏差角位于所述攻角和落后角界定的角度范围内，且在网格点的叶片弦位置从叶片前缘变化到叶片后缘时所述偏差角随之单调变化。