[发明专利]一种基于三维流场分析的船舶燃机压气机性能优化方法

说明书

本发明的目的在于提供一种基于三维流场分析的船舶燃机压气机性能优化方法，以设计工况点为基准，从第一列叶片至最末一列叶片，查看不同截面高度的流场速度分布或马赫数分布，确认流场流动匹配情况，对各叶片排有针对性判断不同截面高度的攻角范围，确定叶片进口气流角及出口气流角偏差，微调叶片进口几何角和出口几何角，完成优化调整；对于端区的分离，在静叶片造型的过程中适当采取端弯技术，优化设计。本发明能预测分离流动产生的具体部位，调整叶片造型以消除分离或减小分离区，从而达到提高效率和增加压气机失速裕度的效果。

技术领域

本发明涉及的是一种燃气轮机性能优化方法，具体地说是压气机性能优化方法。

背景技术

船舶大功率燃气轮机是大型水面船舶的关键和核心装备。压气机是船舶燃气轮机三大主要部件之一，其设计技术一直是燃气轮机设计中的关键技术之一，其性能对燃气轮机的整机性能有着直接的影响，压气机的气动设计技术是压气机设计技术的难点之一，直接决定了压气机的总体性能、工作稳定特性和整体技术水平。

20世纪初期，压气机气动设计是建立在简单的一维流动基础上，其效率和压比都比较低。50年代初，吴仲华先生提出两类流面理论(S1和S2流面)后，S2流面的通流程序和S1流面程序被广泛应用到压气机的先进气动设计当中,并成为80年代中期以前最为先进的设计手段。从1970年到1985年期间，设计技术主要是以S2和S1两类流面程序为主要设计手段，同时引入可靠的经验统计数据和试验关联关系，如扩压因子关联、失速裕度关联和效率关联，此时设计已经达到相当高的水平。2000年以后，现代压气机设计方法已经发生了明显变化。在继承前人成功经验基础上，从原先的准三元设计理论，发展到全三维流场优化设计。全三维问题对流动的假设减少了，能够更好地模拟流动的空间特性，这对于空间几何形状十分复杂的叶轮来说是极为重要的。

发明内容

本发明的目的在于提供能预测分离流动产生的具体部位，调整叶片造型以消除分离或减小分离区，从而达到提高效率和增加压气机失速裕度的一种基于三维流场分析的船舶燃机压气机性能优化方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种基于三维流场分析的船舶燃机压气机性能优化方法，其特征是：

(1)在压气机在设计点条件下，选择优化计算的特征截面；

(2)提取压气机在设计点下进口各级叶片特征截面位置处的气动参数，包括：动叶进口相对速度W₁、动叶出口相对速度W₂、各级动叶进口相对气流角β₁和各级动叶出口相对气流角β₂、静叶进口绝对速度C₁、静叶出口绝对速度C₂、各级静叶进口绝对气流角α₁和各级静叶出口绝对气流角α₂；

(3)求解各列动叶及静叶在设计点时的进口冲角i及出口落后角δ，根据三维流场计算结果，按照步骤(2)提取各叶片排进出口气流角β₁、β₂、α₁、α₂，再根据叶型几何进口角β_1A、叶型几何出口角β_2A，在此条件下，计算出进口冲角i及出口落后角δ；

(4)微调叶型几何进口角β_1A、叶型几何出口角β_2A，根据步骤(3)确定的进口冲角i及出口落后角δ，并结合流场特征，确定优化后的叶型几何进口角β_1A′、优化后的叶型几何出口角β_2A′，保证调整的Δβ_1A＝β_1A′-β_1A、Δβ_2A＝β_2A′-β_2A，在设定的范围内；

(5)根据流场特征，确定该特征截面是否采取弯叶片造型；