[发明专利]一种微小型转子发动机边界层厚度的预测方法

摘要

本发明公开的一种微小型转子发动机边界层厚度的预测方法，属于流体科学与工程应用技术领域。本发明包括如下步骤：步骤一，确定微小型转子发动机单个速度分析周期内近壁面速度分布具备的特征；步骤二，建立微小型转子发动机工作过程模型；步骤三：给定微小型转子发动机工作过程的初始边界条件；步骤四，根据微小型转子发动机结构确定微小型转子的运功轨迹范围；步骤五：确定微小型转子发动机燃烧室近壁面的速度分布。本发明要解决的技术问题是实现对微小型转子发动机燃烧室近壁面的速度分布预测，并实现对微小型转子发动机边界层厚度的预测，所述的预测方法既能体现边界层的流动特征，又能体现旋转对近壁面流场的影响。

主权项

一种微小型转子发动机边界层厚度的预测方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一，确定微小型转子发动机单个速度分析周期内近壁面速度分布具备的特征；以微小型转子发动机的工作循环为速度分析周期，其中的近壁面速度分布具备的特征为：间隙漏气量循环变化，缸内压力P和温度循环变化T；建立间隙漏气量循环变化与缸内压力、温度的关系如式(1)所示，m·=APRgTM---(1)]]>其中：为漏气率；A为漏气面积；Rg为气体常数；M为马赫数；建立缸内压力P循环变化和温度循环变化关系如式(2)所示；PV＝mRgT                (2)m为缸内气体质量；间隙宽度高频循环变化，缸内压力P和温度循环变化T；步骤二，建立微小型转子发动机工作过程模型；步骤2.1：以流体力学分析为基础，建立转子的旋转效应和微小间隙的流动控制方程式(3)所示，∂ui∂xi=0∂ui∂t+uj∂ui∂x=-∂p∂x+1Re·∂∂x(∂ui∂x)---(3)]]>ui为流体沿xi方向的速度分量；t为时间；p为压力；Re为旋转雷诺数；步骤2.2：选定微小型转子发动机的额定工况转速，建立Transition SST湍流模型如式(4)所示，∂∂t(ρk)+∂∂xi(ρkui)=∂∂xj(Γk∂k∂xj)+Gk-Yk∂∂t(ρω)+∂∂x(ρωuj)=∂∂x(Γω∂ω∂x)+Gω-Yω+Dω---(4)]]>Gk为湍动能的速度梯度；Gω为比耗散率的速度梯度；Γk和Γω分别为k和ω的有效扩散系数；Yk和Yω分别为k和ω的湍流耗散项；Dω为交叉扩散项；步骤2.3：选定微小型转子发动机的额定工况转速，建立转捩模型如式(5)所示，∂(ργ)∂t+∂(ρujγ)∂xj=Pγ1-Eγ1+Pγ2-Eγ2+∂∂xj[(μ+μσ)∂γ∂xj]---(5)]]>γ为流动间歇因子；Pγ1、Eγ1、Pγ2、Eγ2为转捩源项；μ为流体粘度；σ为湍流普朗特数；步骤三：给定微小型转子发动机工作过程的初始边界条件；所述的初始边界条件包括：进气压力Pin、排气压力Pex、气缸壁面温度Tcylin、转子表面温度Trotor、端盖温度Tcover、湍流系数模型参数a1、间歇因子输运方程的求解系数：Ca1、Ce1、Cr3、σγ；步骤四，根据微小型转子发动机结构确定微小型转子的运功轨迹范围；步骤五：确定微小型转子发动机燃烧室近壁面的速度分布。