[发明专利]一种确定航空发动机旋转盘壁面温度场的方法及装置

说明书

本申请提供了一种确定航空发动机旋转盘壁面温度场的方法，包括：构建旋转盘组件的有限元模型，在给定边界条件及初始参数情况下得到初始温度场；将旋转盘盘心的固体壁面划分为多个微元节点，获取旋转盘盘心固体壁面各微元节点的温度及固体壁面各微元节点的面积；构建一阶微分方程，将各微元节点的温度及面积带入一阶微分方程中迭代计算，当迭代收敛后得到旋转盘固体壁面的温度。本申请所提供的方法通过流热耦合的方式对旋转盘壁面的温度场进行准确求解，不对流体进行CFD计算，而又能考虑流体与固体之间热平衡的影响，从而实现快速迭代求解旋转盘壁面温度场的目的，既能保证较高的计算精度，又能实现快速迭代求解发动机旋转盘壁面温度场的目的。

技术领域

本申请属于航空发动机设计技术领域，特别涉及一种航空发动机旋转盘壁面温度场的确定方法。

背景技术

在航空发动机的压气机和涡轮部位都具有多级旋转盘结构，叶片安装在上述旋转盘结构上，当这些旋转盘的温度发生变化时，其能够影响安装在旋转盘上的叶片在径向上的位置，导致叶片与机匣间的叶尖间隙发生变化，叶尖间隙的变化会导致发动机性能的变化以及影响发动机的安全。

决定旋转盘壁面温度场的重要因素是沿程的气流温度变化以及气流与旋转盘壁面之间的热平衡。气流与旋转盘壁面之间的热平衡是指沿程气流与旋转盘壁面之间存在温差，热量在旋转盘壁面和气流之间通过对流换热的方式传递，最终达到稳定平衡。这就意味着旋转盘壁面和气流温度同时在变化。也就要求计算过程中，不仅需要考虑气流温度的变化，还要考虑旋转盘壁面温度的变化，二者需要同步变化。

关于旋转盘壁面温度场的计算方法，目前主要包括两种方案：

一是认为靠近旋转盘壁面的气流沿程温度没有变化，同时忽略热平衡的影响。这种方式处理起来比较简单，不考虑热平衡，流体温度直接作为壁面换热边界条件来计算温度场，这种方法的缺点很明显，即计算精度较差。

二是采用CFD流热耦合仿真。通过对旋转盘壁面及周边气流的数值模拟计算，综合流动和换热影响，耦合求解得出较为准确的旋转盘壁面温度场。然而这种方案计算量大、计算效率低，适合科学研究，但无法满足工程上快速迭代的需求。

发明内容

本申请的目的是提供了一种确定航空发动机旋转盘壁面温度场的方法、装置、计算处理设备及可读存储介质，以解决或减轻背景技术中的至少一个问题。

在一方面，本申请提供的技术方案是：一种确定航空发动机旋转盘壁面温度场的方法，包括：

构建旋转盘组件的有限元模型，在给定边界条件及初始参数情况下得到初始温度场；

将旋转盘盘心的固体壁面划分为多个微元节点，获取旋转盘盘心固体壁面各微元节点的温度及固体壁面各微元节点的面积；

构建一阶微分方程，将所述各微元节点的温度及面积带入所述一阶微分方程中迭代计算，当迭代收敛后得到旋转盘固体壁面的温度。

进一步的，所述初始参数包括初始换热系数及初始换热温度。

进一步的，所述一阶微分方程为：

式中：T_f为当地流体温度，T_s为边界表面温度，s为沿着边界表面的相对距离，T_pu为温升，H_pu为吸收的热，A为换热面积，W为盘心气流质量流量，C_p为热容，h为换热系数。

在另一方面，本申请提供的技术方案是：一种确定航空发动机旋转盘壁面温度场的装置，包括：

初始计算模块，用于构建旋转盘组件的有限元模型，在给定边界条件及初始参数情况下得到初始温度场；