[发明专利]一种流体机械校核方法

说明书

本发明提供了一种流体机械校核方法及系统，属于流体机械技术领域。本发明根据设计的设备的参数建立固体域模型和流体域模型，并进行网格划分，对流体域采用三维非定常分析求得叶片表面非定常气动载荷，进而得到每个点的表面压力，将流体域表面压力通过节点坐标映射到固体域表面，进而获得叶片结构的稳态响应，固体域采用隐式动力分析方法，计算叶片承受离心预应力分布，进而得到叶片各点的气流弯应力，该方法能够实时反映做功部件叶片的瞬态三维应力情况，并采用Goodman图为校核准则的疲劳度评判方法，可在叶片设计阶段准确评判叶片疲劳寿命，找出叶片在设计过程中的薄弱环节，有助于优化设计。

技术领域

本发明涉及流体机械技术领域，尤其涉及一种流体机械校核方法。

背景技术

目前，大流量泵、水轮机、汽轮机、压缩机、燃气轮机、阀等的叶片设计一直是工业领域的难点之一，在满足性能的前提下，要保证机组安全可靠，特别是核心做功部件---叶片的安全可靠，需要对叶片进行全新设计。由于机组功率越来越大，而效率要求越来越高，对叶片提出了更高的要求，疲劳断裂是叶片的主要失效形式，气流弯应力是产品设计疲劳可靠性时必须要满足的核心性能指标。目前，大部分研究叶片气流弯应力的计算采用的是常规的线性方法，无法考虑三维耦合以及瞬态效应的影响，无法反应叶片气流弯应力随时间变化的三维分布情况，需要更为精确的校核方法，在此基础上将该方法应用于实际泵、水轮机、汽轮机、压缩机、燃气轮机、阀等流体机械的三维设计中，开发出多类泵、汽轮机等产品。

中国专利申请文献CN104200003A公开了一种基于流固耦合的自锁阻尼叶片气流弯应力设计方法，该方法包括如下步骤：(1)将自锁阻尼叶片与周围流体作为一个三维耦合系统，设计一套面向节点坐标一一对应的迭代方法，并通过耦合求解叶片变形和流场得到叶片的气流弯应力；(2)根据自锁阻尼叶片的实际尺寸要求，采用Turbogrid软件建立流体计算区域，将网格输入到CFX计算该叶片周围的流场分布；(3)采用Solidworks软件建立固体计算区域，将CFX计算得到的叶片表面压力通过节点坐标一一映射到固体计算网格上，进行流固耦合计算，并在ANSYS中计算得到带预应力的气流弯应力；(4)通过安全倍率校核准则，判断气流弯应力分布是否满足设计要求，然后调整叶片叶型参数，循环计算得到所要设计的自锁阻尼叶片。该方法是通过安全倍率来判断气流弯应力是否满足设计要求，但是安全倍率的准确性依赖多个经验系数，经验系数对设计结果的影响较大，使设计结果受人为因素影响较大，不能客观根据实际情况给出最佳设计结果。

现有技术至少存在以下不足：

1.基于定常计算进行分析，计算精度有欠缺。

2.安全性评估方法依赖于经验系数。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提出一种流体机械校核方法，本发明根据设计的设备的参数建立固体域模型和流体域模型，并进行网格划分，对流体域采用三维非定常分析求得叶片表面非定常气动载荷，进而得到每个点的表面压力，将流体域表面压力通过节点坐标映射到固体域表面，进而获得叶片结构的稳态响应，固体域采用隐式动力分析方法，计算叶片承受离心预应力分布，进而得到叶片各点的气流弯应力，该方法能够实时反映做功部件叶片的瞬态三维应力情况，并采用Goodman图为校核准则的疲劳度评判方法，可在叶片设计阶段准确评判叶片疲劳寿命，找出叶片在设计过程中的薄弱环节，有助于优化设计。

本发明提供了一种流体机械校核方法，包括如下步骤：

S100：根据设计的设备的参数建立几何物理三维模型，所述设备的参数包括叶片和缸体结构的参数；

S200：根据建好的几何物理三维模型，建立固体域模型，并对固体域采用六面体和四面体混合网格划分；

S300：根据各叶片排模型，建立流体域模型，对流体域采用六面体结构化网格划分；