[发明专利]一种热腐蚀及烧蚀影响燃气轮机涡轮性能的仿真方法

说明书

本发明公开了一种热腐蚀及烧蚀影响燃气轮机涡轮性能的仿真方法，具体包括以下步骤：使用扫描仪对烧蚀后的实体模型进行逆向造型；提取烧蚀后叶片不同叶高型线；对涡轮流域进行网格划分；提取叶片发生热腐蚀后的表面粗糙度；将网格导入CFD系统设置边界条件；自定义燃气的物性参数；计算流场并得到流场数据。本发明在准确测量粗糙度值之后，可根据不同程度的粗糙度值，探究不同热腐蚀程度对涡轮性能的影响，在不需要筹备实验的情况下，在低成本的条件下得到一个数据库，通过这个数据库为涡轮叶片的设计、防护以及维修提供指导意义。

技术领域

本发明涉及一种燃气轮机涡轮性能的仿真方法的技术领域，具体涉及一种热腐蚀及烧蚀影响燃气轮机涡轮性能的仿真方法。

背景技术

船用燃气轮机在工作时与航空发动机在飞机起飞，降落及低空飞行的过程中会不可避免的吸入含盐空气。当燃气轮机长期处于盐雾浓度很高的海洋工作环境时，叶片、轮毂以及机匣表面会附着含有腐蚀性的熔盐，氧化过程将会加速，这种现象叫热腐蚀。随着涡轮入口温度提高，燃气轮机的输出功率及热力循环效率随之提升，先进发动机为了追求高推重比与综合效率，涡轮进口温度被不断提升。然而燃料及空气中含有的杂质或者气流结构异常等会导致涡轮入口处温度分布不均匀，甚至会在局部生成最高温度是最低温度两倍左右的热斑。涡轮叶片上形成局部过热区，使涡轮叶片遭受巨大的热应力。涡轮若长时间受热斑影响，则必然会发生烧蚀现象。

烧蚀及热腐蚀会导致叶片表面结构的改变，从而改变进气角，增大泄露流量，增加湍流度，恶化涡轮内部流畅，进而降低涡轮效率及功率。综上所述，对涡轮叶片的烧蚀及热腐蚀的影响尤为重要。而目前没有数据能够为涡轮叶片的研发和维护修理提供参考建议，全部依赖于经验。因此需要一种更加科学的数据去参考，以提升整体行业的发展。

为解决上述问题，做出了一系列改进。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种热腐蚀及烧蚀影响燃气轮机涡轮性能的仿真方法，以克服现有技术所存在的缺点和不足。

一种热腐蚀及烧蚀影响燃气轮机涡轮性能的仿真方法，包括以下步骤：

步骤一，使用扫描仪对烧蚀后的燃气轮机涡轮实体模型进行逆向造型，通过数字化、CAD模型建立及数据应用对模型进行复制，采用激光非接触式手持三维扫描仪对烧蚀后叶片进行扫描，对扫描后的数据进行修正，进而完成模型的重建；

步骤二，提取烧蚀后叶片不同叶高型线，测量不同叶高处的型线前缘处的凹陷距离，以此作为叶片前缘因烧蚀而发生的叶片损伤值，其中在叶片顶部与根部的型线与直线的距离为0mm，对测量得到的叶片损伤的值进行拟合，并以该曲线作为烧蚀对叶片前缘造成的损伤；

步骤三，对涡轮流域进行网格划分，根据步骤二中计算的损伤值修改原始模型文件，并将文件进行划分网格，根据湍流模型及y+值计算第一层网格高度；

步骤四，提取叶片发生热腐蚀后的表面粗糙度，测量叶片压力面及吸力面粗糙度，绘制粗糙度值与弦长的散点图，将散点图拟合得到拟合曲线，并根据该拟合曲线得到一系列散点；

步骤五，将步骤三的网格导入CFD系统并设置边界条件，将进口设置为总压进口P1，出口设置为静压出口P2；壁面设置为无滑移的粗糙壁面，设置粗糙度的拟合曲线并将步骤四得到的散点写入拟合曲线模块中，进而模拟真实叶片的粗糙度；对各级动叶设置转速；

步骤六，自定义燃气的物性参数，设置燃气的物性拟合曲线，拟合曲线的参数中，Cp为比热，t为燃气温度；

步骤七，计算流场并得到流场数据。