[发明专利]一种考虑径向流体力影响的低温液体膨胀机转子临界转速的预测方法

权利要求书

1.一种考虑径向流体力影响的低温液体膨胀机转子临界转速的预测方法，其特征在于，包括考虑低温流体热力学效应的低温液体膨胀机全周瞬态流场的模拟、低温液体膨胀机叶轮径向流体力的计算、低温液体膨胀机叶轮径向流体力对临界转速影响的评估以及考虑径向流体力影响的低温液体膨胀机转子临界转速的预测；

考虑低温流体热力学效应的低温液体膨胀机全周瞬态流场的模拟包括以下步骤：

在整机环境下，建立包含蜗壳、叶轮、喷嘴及扩压管的低温液体膨胀机整机全周物理模型，再对所述低温液体膨胀机整机全周物理模型进行网格划分，以捕捉叶轮内流动的非对称特性；

构建多组分低温流体的压力及温度的二元物性文件，以描述低温流体的热力学特性；将低温流体的定压比热容、导热系数、动力粘性系数及密度表示为温度与压力的二元函数，并将所述二元函数编制成适用于流场求解器接口的低温流体热物性文件；

将低温流体热物性文件与低温液体膨胀机内流场-热场耦合求解相结合，通过所述物性文件的更新及流场的反复迭代，以获得考虑低温流体热力学效应的低温液体膨胀机瞬态流场结果，所述低温液体膨胀机瞬态流场结果包括叶轮内的瞬态静压分布；

低温液体膨胀机叶轮径向流体力的计算包括以下步骤：

通过叶轮内表面的面积积分计算作用于叶轮上的流体力在横向平面内的分量F_x(t)及F_y(t)，其中，

其中，x及y分别为与转轴垂直的横向平面内的两个坐标轴，t为时间，dA_x及dA_y分别为叶轮内表面微元面积在两个坐标面上的投影，F_x(t)及F_y(t)分别为作用于叶轮上的流体力在x轴及y轴方向上的分量；

则作用于叶轮上的瞬态径向流体力F_r(t)为：

考虑径向流体力影响的低温液体膨胀机转子临界转速的预测的具体过程为：

1)根据转子-轴承系统建立临界转速预测用有限元模型，所述临界转速预测用有限元模型包括转轴几何模型、轴承的等效弹簧模型及叶轮圆盘单元，然后再确定基本参数，所述基本参数包括节点参数、单元参数、材料参数转子转速的上下限及计算步数；

2)构建转子临界转速的计算模型方程，所述转子临界转速的计算模型方程为：

其中，总质量矩阵M为圆盘单元质量矩阵M_d与轴段单元质量矩阵的叠加矩阵，其中，m为考虑径向流体力影响的叶轮总等效质量，J_d为叶轮转动惯量，得叶轮的总质量矩阵M、总刚度矩阵K及总阻尼矩阵C；

3)令U＝Xe^λt,则有

(λ²M+λC+K)X＝0

由上式得：

其中，I为单位矩阵；

令则有

AY＝λBY

得系数矩阵A及B；

4)利用自编典型广义特征值的求解程序，得系数矩阵A及B的特征值λ；

5)系数矩阵A及B的特征值λ的虚部ω为转子振动的固有频率，通过对转子转速n均匀递增迭代，得系数矩阵A及B特征值λ的虚部ω的系列值，然后根据系数矩阵A及B特征值λ的虚部ω的系列值构建系数矩阵A及B特征值λ的列向量，最后将所述列向量逐一进行合并，得完整的系数矩阵A及B特征值矩阵；

6)将完整的系数矩阵A及B特征值矩阵中的各列进行曲线拟合，求解拟合得到的曲线与直线ω＝n的交点，并将交点对应的转速作为对应工况下考虑径向流体力影响的转子临界转速。

2.根据权利要求1所述的考虑径向流体力影响的低温液体膨胀机转子临界转速的预测方法，其特征在于，低温液体膨胀机叶轮径向流体力对临界转速影响的评估包括作用转子上的最大径向流体力的确定、叶轮径向流体力的等效质量m_equ的计算、考虑转子径向流体力影响的叶轮总等效质量m的计算。