[发明专利]用于一体化涡轮过渡段非定常流动计算的边界模型方法

说明书

本发明公开了用于一体化涡轮过渡段非定常流动计算的边界模型方法，包括步骤：对含一体化涡轮过渡段在内的涡轮叶片排进行定常计算；从计算结果中提取一体化涡轮过渡段进、出口边界模型数据；将过渡段进、出口边界模型数据周向复制扩展至全周；在流体仿真软件中导入一体化涡轮过渡段单个周期的计算域网格，分别根据过渡段前、后排转子叶片的转速建立两个旋转坐标系；对过渡段进口按周向扩展后的进口边界模型数据和所建上游转子坐标系设置进口边界条件；对过渡段出口按周向扩展后的出口边界模型数据和所建下游转子坐标系设置出口开放边界条件；对过渡段进行其它项设置，完成非定常流动计算。本发明计算量小、操作简单、不受流体仿真软件的功能限制。

技术领域

本发明涉及燃气轮机涡轮技术领域，特别地，涉及一种用于一体化涡轮过渡段非定常流动计算的边界模型方法。

背景技术

涡轮过渡段是涡轴、涡桨等航空发动机中的重要构件，用于连接位于其前、后的高压涡轮与低压涡轮，并起结构上的支撑作用。一体化涡轮过渡段是将涡轮过渡段与低压涡轮第一级导向器进行融合与一体化设计。在这种过渡段中，通常同时含有大小叶片，其中的大叶片起通油、通气作用，数目较少，小叶片起气流导向作用，数目较多。由于同一个构件即是涡轮过渡段又是低压涡轮第一级导向器，从而可大幅缩短涡轮部件的长度，因此一体化涡轮过渡段构型已经成为涡轮过渡段构型的发展趋势。

由于一体化涡轮过渡段前后都是转子叶片，从而其流动同时受到来自前后方向的非定常扰动的影响，非定常特征明显，故有必要采用非定常计算代替定常计算对其非定常流动和气动性能进行更加精确的模拟。

一体化涡轮过渡段作为典型的涡轮构件，对于其非定常流动的模拟目前通常有三种方法：全环模拟方法、叶片数约化方法、类似单通道模拟方法，其中，现有的全环模拟方法计算网格量很大，所需要的计算资源多，计算时间长，在工程应用上实用性较差。现有的叶片数约化方法相对于全环模拟方法而言，计算网格量有所减少，然而其计算量仍然较大，且需要进行叶片数约化处理，因此操作较复杂。现有的类似单通道模拟方法所需的计算网格量比前两者均少，然而该方法严重受限于CFD仿真软件的相关功能限制，对于一体化涡轮过渡段这种同时含大小叶片的构型，该方法通常不能得到完满的应用。

发明内容

本发明提供了一种用于一体化涡轮过渡段非定常流动计算的边界模型方法，以解决现有技术针对一体化涡轮过渡段进行非定常计算时计算量大、操作复杂、因受制于流体仿真软件功能的技术问题。

本发明采用的技术方案如下：

用于一体化涡轮过渡段非定常流动计算的边界模型方法，包括步骤：

对含一体化涡轮过渡段在内的涡轮叶片排进行定常计算，将其计算结果作为过渡段非定常计算所需的进、出口边界模型数据的数据源和非定常计算所需的初场文件；

从所得到的计算结果中提取一体化涡轮过渡段进、出口边界模型数据；

将提取的一体化涡轮过渡段进、出口边界模型数据进行周向复制扩展至全周；

在流体仿真软件中导入一体化涡轮过渡段单个周期的计算域网格，然后分别根据一体化涡轮过渡段前、后排转子叶片的转速建立两个旋转坐标系；

根据以一体化涡轮过渡段前排转子叶片的转速建立的旋转坐标系、扩展至全周的一体化涡轮过渡段进口边界模型数据，对所述一体化涡轮过渡段的进口设置进口边界条件；

根据以一体化涡轮过渡段后排转子叶片的转速建立的旋转坐标系、扩展至全周的一体化涡轮过渡段出口边界模型数据，对所述一体化涡轮过渡段的出口设置出口开放边界条件；

对一体化涡轮过渡段非定常流动计算的其它相关设置项进行设置，完成非定常流动计算，所述其它相关设置项包括壁面边界条件、湍流模型、迭代计算时间步长、迭代时间步数。