[发明专利]一种涡轮叶片气热耦合计算域几何模型的参数化造型方法

说明书

本发明公开一种涡轮叶片气热耦合计算域几何模型的参数化造型方法，在UG中导入叶片模型；首先，根据叶片模型，创建覆盖叶片的初步流体计算区域，然后创建叶片中弧面片体，并沿片体四条边，按照自然曲率方式进行延伸，且保证片体能穿透初步流体计算区域，旋转延伸片体得到叶片流体计算区域前、后边界面，按照指定高度，创建叶片流体计算区域上、下边界面；再根据上下及前后边界面修剪初步得到的流体计算区域，分别拉伸修减后的实体对应叶片前、尾缘面的轮廓，得到流体进出口区域；将创建的流体计算区域与叶片实体进行布尔减，抽取叶片实体的内型和外型面，根据内外型面分割布尔减得到的实体，得到具有燃气域和冷气域的气热耦合计算域几何模型。

技术领域

本发明涉及涡轮叶片设计领域，具体来说，是一种涡轮叶片气热耦合计算域几何模型的参数化造型方法。

背景技术

现代航空燃气涡轮发动机为了获得更高的推重比和热效率，不断提高涡轮入口温度，目前涡轮进口温度已经远远超过叶片材料的熔点温度，必须采用复杂的冷却技术来保持涡轮叶片的正常工作，准确预测涡轮叶片的温度场是提高冷却效率、延长叶片工作寿命的关键问题，随着计算流体力学的不断发展，气热耦合数值模拟技术已经成为预测发动机热端部件温度分布的重要工具，但是针对结构复杂的涡轮叶片的气热耦合数值模拟计算周期长、计算难度大，其中计算域几何建模和网格前处理占用大量的时间，且模型精度难以控制，制约了其在燃气涡轮工程设计中的应用。

气热耦合计算就是在分析过程中同时考虑流体运动和温度场相互作用的计算方法，在计算过程中，通过对流场、结构内部传热、流场与结构接触面之间流动与换热边界的计算等多场耦合计算。涡轮叶片气热耦合计算域几何模型是由涡轮叶片内部流道冷气域、外部燃气域以及涡轮叶片实体组成；涡轮叶片实体模型由于在进行数值模拟前已经存在，故以下所述涡轮叶片气热耦合计算域几何模型不包括涡轮叶片实体。涡轮叶片气热耦合计算域几何模型建模首先根据涡轮叶片实体，创建覆盖叶片的初步流体计算区域，然后确定叶片流体计算区域前、后边界面，接着按照指定高度，创建叶片流体计算区域上、下边界面；再根据上下以及前后边界面修剪初步得到的流体计算区域，分别拉伸修减后的实体所对应叶片前、尾缘面的轮廓，并指定对应的进出口角度和拉伸长度，得到流体进出口区域；将创建的流体计算区域与叶片实体进行布尔减，抽取叶片实体的内型和外型面，并根据内外型面分割布尔减得到的实体，得到具有燃气域和冷气域的气热耦合计算域几何模型。

但在工程实际中，通过上述方法形成的涡轮叶片气热耦合计算域几何模型存在着一些不足：

(1)涡轮叶片气热耦合计算域几何模型的创建属于学科交叉问题，关于其参数化造型的研究与相关专利较少，导致涡轮叶片在进行气热耦合数值模拟的时候由CAD模型到CAE模型的转换存在模型精度和建模效率问题。

(2)现有方法涡轮叶片流体计算区域前、后边界面的确定一般采用的是叶片叶盆曲面或者叶背曲面，导致分割后的流体计算域不对称，影响后续网格划分和有限元分析。

(3)现有涡轮叶片气热耦合计算域几何模型建模主要的还是内部流道相对简单的涡轮叶片，仍缺少对于一些内部流道复杂的涡轮叶片气热耦合计算域几何模型建模。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提出一种涡轮叶片气热耦合计算域几何模型的参数化造型方法，通过在UG(Unigraphics，交互式计算机辅助设计与计算机辅助制造系统)中构建能够完全覆盖以及可控进出口角度的流体计算域，然后由所生成的流体计算域几何模型与涡轮叶片实体进行布尔求差运算，并对关键的热交换面进行处理，最终涡轮叶片气热耦合计算域几何模型的参数化造型。

本发明一种涡轮叶片气热耦合计算域几何模型的参数化造型方法，具体通过下述步骤实现：

步骤1：在UG中导入涡轮叶片实体文件；