[发明专利]一种基于轴流压气机级间测量参数的S2流场诊断方法

权利要求书

1.一种基于轴流压气机级间测量参数的S2流场诊断方法，其中，S2流场是指S2流面上的流场；S2流面是两簇流面交替迭代法中，进口处法向量与子午平面垂直，从轮毂到机匣的流面；

其特征在于：该方法具体步骤为：

步骤一：对于轴流压气机的设计调试过程来说，会产生级间测量的大量结果，得到可靠的级间测量参数结果，为静子前缘的总温总压；根据级间测量参数，得到对应的便于求解的S2流场流线曲率控制方程；

步骤二：由于多级轴流压气机的总温升很高，工作物质的物性变化大，所以需要在计算中必须考虑变比热计算公式；以多项式由实验结果拟合得到定压比热的函数关系：

其中，c_p为定压比热；R为气体常数；c_i为各常系数；T为气体静温；

步骤三：经过气体工作物质的变比热设定，结合热力学关系以及静子损失模型，得到压气机的熵分布，通过静子落后角预测模型，得到静子落后角的变化；从而得到的流场熵分布，按照单级熵增来看，与试验测得流场参数保持一致；一级内转子、静子间的熵增分配，取决于静子损失模型；避免了静子损失模型误差带来的后面级计算结果严重失真；

步骤四：通过流线曲率法计算S2流场得到根据试验级间测量参数反演的流场；通过编程语言，实现流线曲率法迭代过程，求解展向平衡方程，将步骤三种得到的基于级间测量参数的熵分布作为输入，求解得到各计算站上各对应展高处的轴向、周向和径向速度、马赫数、总压、静压、总温、静温、各叶片排损失的参数；此流场反映了试验中无法直接观测的轴流压气机的S2流场流动情况；

步骤五：通过对反演得到的流场结果、各级性能、各基元性能进行分析，观察各级、各基元级的迎角增大或减小，各级、各基元级流量系数增大或减小，子午流场中是否出现了明显的子午速度增大或减小，各级损失相比设计值是否发生明显偏差；诊断出试验流场存在的问题，便于进行调试、后续设计工具改进。

2.根据权利要求1所述的一种基于轴流压气机级间测量参数的S2流场诊断方法，其特征在于：步骤一中所述的“得到可靠的级间测量参数结果，为静子前缘的总温总压；根据级间测量参数，得到对应的便于求解的S2流场流线曲率控制方程”其具体方法如下：

根据流体的动力方程组，即牛顿第二运动定律，在相对柱坐标系下，忽略彻体力的作用，有动量方程如下：

其中为气体的相对速度，为角速度矢量，为到轴线的矢径，ρ为气体密度，为静压压力梯度，为粘性应力梯度，算符为柱坐标系下求梯度运算

结合S2流面、迁移粘性以及定常假设，得到分量展开形式：

其中，r,x为径向坐标，单位为米、周向，单位为弧度；轴向坐标，单位为米；w为相对速度m/s；ω为转速rad/s；ρ为密度kg/m³；p为静压Pa；f为粘性力产生的加速度m/s²；下标r,u,x代表径向，周向，轴向分量；

在随流坐标系中，得到如下常微分形式的完全展向平衡方程，得到用于根据级间参数快速求解流场的控制方程：

其中，m,l,r为流向、展向、径向坐标，单位均为米；θ,σ,β为计算站与轴向夹角，流线与轴向夹角，相对气流角rad；为S2流面内的流向、展向偏导数；r_m为流线曲率半径，单位为米；

v为绝对速度m/s；i为转焓J；T为静温K；s为熵J/K；下标m,u代表子午、周向分量；

关于流量方程，流线曲率法中，往往采用连续方程的积分形式表达各流管总质量的守恒，其具体表达形式为：

其中，G为流量kg/s；k_g为环壁堵塞系数；l为展向坐标m；下标tip代表叶尖处；下标hub代表轮毂处。

3.根据权利要求2所述的一种基于轴流压气机级间测量参数的S2流场诊断方法，其特征在于：若出现的倒流，为保证流线曲率法继续计算流管流量；压气机S2流面的回流区始终在轮毂或机匣处发生，最靠边界处的流管包含了整个回流区以及部分正向流动区域，以达到此流管的流量。

4.根据权利要求3所述的一种基于轴流压气机级间测量参数的S2流场诊断方法，其特征在于：机匣和轮毂流线的速度值取为负值；设定其值最小为主流速度的-0.3倍。