[发明专利]一种基于一维平均流线法的多级轴流压气机特性校正方法

说明书

本发明的目的在于提供一种基于一维平均流线法的多级轴流压气机特性校正方法，根据多级轴流压气机运行所遵循的物理规律，建立基于一维平均流线法的多级轴流压气机性能分析方法，针对叶栅性能模型发展一种自动校准方法，搜寻压气机压比和效率与特定工作点的实验数据相匹配的叶片尾迹动量厚度系数，建立压气机已知条件范围的完整叶片尾迹动量厚度系数标量数据库；由已知叶片尾迹动量厚度系数标量数据库，求取所求工作点的尾迹动量厚度系数，实现对压气机特性的自动校准。本发明计算速度快，具有通用性，可以对压气机特性进行预测加密和外推，用于进口导叶、静叶可调时的特性预测，或计算没有实验数据或CFD数据转速下的整体性能。

技术领域

本发明涉及的是一种仿真方法，具体地说是燃气轮机仿真方法。

背景技术

一维平均流线法性能求解中通过引入流体粘性作用的影响进行性能分析，因此落后角和损失等经验模型对一维计算精度起到了显著影响。目前公开文献中的叶栅经验模型主要是针对标准叶型。但是随着叶轮机械的发展，通过参数化优化或反设计等方法得到的现代叶型及弯、掠等先进技术被广泛应用于现代高性能压气机中，现有的经验模型对现代叶型的适用性有待进一步检验。因此，如何利用模型自动校准方法对经验模型进行校准成为性能分析的关键。

经验模型通常是测试结果的平均值或统计曲线的拟合，因此不能期望各种经验相关性可以准确地代表每一台压气机。在多级压气机中，不同叶片排所处的工况条件并不相同，经验模型对各叶片排的准确性也存在一定差异，模型偏差的不断累积加剧了性能预测结果对经验模型的敏感性。此外，叶轮机械内流动具有强三维、有旋及非定常等特点，在多级轴流压气机中流动情况尤为复杂，因此经验模型难以普遍适用于各种流动情况。通过修正经验模型实现对压气机特性的自动校准，可以进一步提高性能分析的准确性。

发明内容

本发明的目的在于提供用于进口导叶、静叶可调时的特性预测，或计算没有实验或CFD数据的转速下整体性能的一种基于一维平均流线法的多级轴流压气机特性校正方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种基于一维平均流线法的多级轴流压气机特性校正方法，其特征是：

(1)建立一维平均流线法模型

平均流线法基于一维流动假设，在压气机子午流面上指定一条流线，其半径的定义为：

R_t为外径，R_h为内径，R_m为平均半径；该流线称为平均流线；平均流线与各排叶片前后缘的交点即为流场参数的计算点，也称计算站，对于各计算站而言，确定流场收敛的原则是连续性条件得到满足，连续性方程即为平均流线方法的控制方程：

m＝ρV_mA(1-B)

其中V_m为平均流线上的气流速度，A为通流区域面积，B为堵塞量，ρ为密度，m为质量流量；

由各计算站所处位置的流动参数代表该压气机整体气动布局情况，通过迭代求解，使得连续性条件得到满足，则本站计算完成；根据已知的几何参数和边界条件，通过基本气动关系式对多级压气机逐排求解，并采用落后角及损失等经验模型来引入流体粘性的影响；

根据输入平均流线程序不同的进口温度、压力、转速、质量流量，输出不同的性能分析结果：

[PI,Eff]＝f(T₀,P₀,n,G)

PI为压气机压比，Eff为压气机效率，n为转速，G为质量流量，T₀、P₀为进口温度与压力；

(2)选定优化变量

由二维低速叶栅损失试验得到的叶片尾迹动量厚度表达式为：