[发明专利]一种基于全三维数值模拟的轴流压气机喘振边界计算方法

权利要求书

1.一种基于全三维数值模拟的轴流压气机喘振边界计算方法，其特征在于：步骤如下：

步骤一：准备叶栅几何数据文件；

步骤二：将叶栅几何数据文件导入IGG/AutoGrid5网格生成前处理软件；

步骤三：生成结构化网格，在网格生成过程中考虑叶栅端部间隙及倒角、压气机放\引气、静叶端部气封间隙泄漏和串联叶栅的结构影响因素；

步骤三具体包括：叶栅拓扑结构使用O4H型网格，叶栅近表面采用O型正交贴体网格块，叶栅表面外围则由4个H型网格块组成；列叶栅由两个O4H型网格块衔接而成，前、后列叶栅网格交接面上网格划分保持一致；叶栅通道两侧采用完全匹配周期性网格；在动叶根部、部分静叶端部还建立倒角网格，在动叶顶部及悬臂静叶顶部建立了间隙网格；倒角网格在径向方向采用了9层网格；叶顶间隙采用了O/H型网格拓扑结构，由一个H型和一个O型网格组成，其中在径向方向采用了9层网格，外层O型网格采用了5层网格；叶顶间隙的网格线采用了和叶片表面相同的网格节点分布；放\引气口网格选择H型网格；静叶端部气封槽道网格采用多块H型网格；在静叶入口和出口处各增加了一个H型网格段；静叶端部气封槽道网格与叶栅通道交接面上网格划分保持一致；静叶端部气封槽道两侧采用完全匹配周期性网格；

步骤四：网格转换将生成的网格导入到ANSYS/CFX软件中进行求解，为实现两种不同软件之间数据传递及互联互通，通过自编程序将IGG/AutoGrid5生成的网格文件转换成CFX识别的计算文件；

步骤五：导入数值计算求解器，进行数值计算，湍流模型采用k-ε湍流模型加Scalable壁面函数，从而适应不同y⁺变化；

步骤六：导入后处理器，对生成的压气机网格进行数值计算和结果分析，从而快速地为压气机优化设计提供参考。

2.根据权利要求1所述的一种基于全三维数值模拟的轴流压气机喘振边界计算方法，其特征在于：步骤五具体是：选择k-ε两方程湍流模型具有较好的适用性，对流项采用二阶高紧致格式，湍流项采用一阶精度；计算工质基于理想气体，定压比热采用零压力多项式，计算公式如下：

式中：C_p为定压比热，单位J/(kg·K)；R_g为空气比气体常数；

进口边界条件按根据实际情况给定，出口给定静压；进口湍流分数强度按0.02，湍流长度尺度按3mm；对各列叶栅通道网格、放\引气口网格和静叶端壁气封槽道网格两侧施加完全匹配周期性边界条件；各固体壁面给定绝热无滑移边界条件；转子转速依据转速特型线给定；各列叶栅转静交接面采用Stage模式；静叶端壁气封槽道交界面采用冻结转子法；放\引气口根据机组实际运行情况给定流量边界条件；压气机静叶端壁气封静态安装间隙在0.3～0.35mm范围内，冻结转子交接面通过的流量按压气机进口流量的0.3％进行设定；

计算物理时间步长在0.001～0.1之间选择；初始计算时选择小时间步长，计算过程中根据收敛性，增大时间步长；从低的出口背压开始计算，通过不断增加背压，逐渐向近喘点推进，以出现数值发散作为压气机喘振的标准，得到压气机喘振边界。