[发明专利]基于定常效应量化描述的处理机匣设计评估方法

说明书

本公开提供了一种基于定常效应量化描述的处理机匣设计评估方法，包括步骤：针对目标压气机开展单通道定常RANS数值模拟，获得实壁机匣情况下的近失速点流量系数和叶尖压比πsubgt;SC,s/subgt;；计算叶尖临界负荷参量Lsubgt;cri/subgt;；针对不同处理机匣情况下，开展基于分布式力源体积力模型的压气机全周数值模拟；对于每种处理机匣设计方案，获得径向负荷分布系数α；并获得节流过程中各状态点的流量系数和叶尖压比πsubgt;CT/subgt;，计算叶尖负荷参量Lsubgt;CT/subgt;；当Lsubgt;CT/subgt;＝Lsubgt;cri/subgt;时，获得近失速点流量系数选择近失速点流量系数最小的设计方案作为具有最优扩稳效果的处理机匣设计方案。本发明能够高效快捷选择出具有最优扩稳效果的设计方案。

技术领域

本公开涉及航空发动机压缩系统扩稳措施技术领域，尤其涉及基于定常效应量化描述的处理机匣设计评估方法。

背景技术

为了保证航空发动机压缩系统在追求更高气动负荷的同时，又能够具有足够宽广的稳定裕度，实际工程中一般会通过使用扩稳措施以将特性线稳定边界线左移，从而拓宽压气机稳定工作范围。处理机匣因其结构简单可靠、扩稳效果突出，成为一种在工程上被广泛应用的扩稳措施。自处理机匣技术问世以来，学者们针对处理机匣的形式和某一形式下的具体几何结构参数开展了大量的实验和数值模拟研究，不断通过优化处理机匣的形式和结构参数提高其拓宽稳定工作裕度的能力，并尽可能地尝试减少引入的流动损失；同时，学者们还通过研究处理机匣对压缩系统内部流场的影响，形成了在定常或非定常视角下，针对扩稳关键物理机制的定性认识。但是，由于目标压缩系统多样且分散，同时上述工作多数局限于实验室环境，大量的研究成果难以关联而构成有效数据库，不能直接支撑处理机匣设计及扩稳效果预测。

在现有的处理机匣设计流程中，设计方案的形成仍主要依赖工程经验，需要通过开展数值模拟或加工试验才能完成对不同方案扩稳效果的预测/验证。

采用数值模拟方法进行处理机匣扩稳效果的验证，需要针对多种设计方案开展大量数值模拟工作以获取相应稳定边界。若开展单通道定常计算，由于处理机匣槽数无法被叶片数整除所进行的约化，以及未考虑非定常效应的影响，会导致单通道定常计算获得的稳定边界往往与实际偏差较大；若开展全周非定常计算，所消耗的巨大计算资源以及难以预估的时间周期又是实际工程应用中无法接受的；此外，若采用试验方法，则需要加工多种设计方案的处理机匣，并分别开展压气机失稳实验，所消耗的成本同样难以接受。上述方法的各种问题致使处理机匣设计后难以预测其扩稳效果，制约着处理机匣技术在工程应用中发挥其最优的扩稳效果而影响其在工程实际中的进一步推广。

发明内容

为了解决上述技术问题中的至少一个，本公开提供了基于定常效应量化描述的处理机匣设计评估方法，能够快速预测相应稳定边界，大幅缩减处理机匣的设计周期及成本。

为实现上述目的，本公开采用了如下技术方案：

基于定常效应量化描述的处理机匣设计评估方法，包括如下步骤：

针对目标压气机开展单通道定常RANS数值模拟，获得实壁机匣情况下的近失速点流量系数和叶尖压比π_SC,s；计算叶尖临界负荷参量L_cri：

同时，提取分布式体积力源项为下一步工作做准备；

针对不同处理机匣情况下，开展基于分布式力源体积力模型的压气机全周数值模拟，根据分布式体积力源项采用分布式力源体积力方法计算叶片域，RANS方法计算处理机匣域及其它非叶片域；

对于每种处理机匣设计方案，计算时通过提高计算域出口背压模拟压气机节流过程，提取节流过程中的流量当节流至与实壁机匣近失速点流量相等时，即时，获得此时对应的叶尖压比π′_CT，进而获得该处理机匣情况下的径向负荷分布系数α：