[发明专利]一种超高速离心式空气压缩机高空特性分析方法

权利要求书

1.一种超高速离心式空气压缩机高空特性分析方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：查询得到某一高度范围内的空气压力和空气密度，随高度的变化关系数据；

以空气压力作为压缩机入口空气压力，与高度数据进行拟合，得到空气压力与高度关系表达式p₀(h)＝0.9864-8×10^-5h

以空气密度作为压缩机入口空气密度，与高度数据进行拟合，得到空气密度与高度关系表达式ρ_air(h)＝1.25-0.0001h

所述高度范围0～20000米，变化阶梯为1000米；

步骤2：建立高空条件下离心式压缩机静态模型

p＝ψ_c(ω,m,h,T₀)·p₀(h)

其中，

${\mathrm{\ψ}}_c(\mathrm{\ω},m,h,T_0)={(1+\frac{{\mathrm{\μr}}_2^2{\mathrm{\ω}}^2-\frac{r_1^2{(\mathrm{\ω}-\mathrm{\α}m)}^2}{2}-k_f{m}^2}{c_p{T}_0})}^{K/K-1}$

$\mathrm{\μ}=\mathrm{\σ}(1-\frac{{\mathrm{cot\β}}_{2b}}{{\mathrm{\ρ}}_{air}\left(h\right)A_1{r}_1}\frac{\mathrm{\ω}}{m})$

$\mathrm{\α}=\frac{{\mathrm{cot\β}}_{1b}}{{\mathrm{\ρ}}_{air}\left(h\right)A_1{r}_1}$

式中，ω为转轴的旋转速度，m为压缩机输出气体质量流量，h为压缩机运行高度，T₀为入口停滞温度，r₁为平均引导半径，r₂为叶片半径，k_f为流体摩擦因子，c_p为恒压下的特定温度，c_v为恒体积下的特定温度，比热容比K＝c_p/c_v，β_1b为叶片入口角度，β_2b为转子叶片角度，ρ_air(h)为入口流体密度，A₁为流通面积，σ为滑移因子；

步骤3：建立高空条件下离心式压缩机动态模型

$\left\{\begin{array}{c}\stackrel{\·}{p}=\frac{a_{01}^2}{V_p}(m-m_t(p\left)\right)\\ \stackrel{\·}{m}=\frac{A_1}{L_c}\left({\mathrm{\ψ}}_c\right(\mathrm{\ω},m,h,T\left)p_0\right(h)-p)\\ \stackrel{\·}{\mathrm{\ω}}=\frac{1}{J}({\mathrm{\τ}}_d-{\mathrm{\τ}}_c)\end{array}\right.$

式中，p为气体压力，V_p为容腔的体积，m为压缩机输出气体质量流量，m_t(p)为节流阀出口处的气体质量流量，A₁为流通面积，L_c为管道长度，p₀为入口压力，ω为转轴的旋转速度，J为压缩机惯性指数，τ_d为驱动转矩，τ_c为压缩机负载转矩

所述

k_t是与节流阀开度成正比的参数，查压缩机性能表得到；

步骤4、超高速离心式空气压缩机高空特性分析：条件：在固定高度下，在0～28万转/分的转速范围，以阶梯3万转/分改变压缩机转速；

仿真计算步骤2压缩机静态模型，得到表达某一高度下的离心式压缩机静态工作特性的系列数据，以系列数据得到离心式压缩机工作特性曲线；

仿真计算步骤3压缩机动态模型，得到表达某一高度下的离心式压缩机动态工作特性的下列系列数据，以系列数据得到下列离心式压缩机工作特性曲线：

压缩机输出压力动态特性以及曲线；

压缩机转速变化以及曲线；

压缩机输出流量动态特性以及曲线。