[发明专利]一种能量损失降维度耦合方法、系统

说明书

一种能量损失降维度耦合方法、系统、计算机设备和可读存储介质。基于几何文件，对需要进行变维度耦合仿真的涡轮叶片进行三维建模；对其划分网格，设置批处理程序及控制程序；根据设置的批处理程序及控制程序进行航空发动机准三维仿真计算；得到需要耦合的涡轮叶片域进出口边界条件传递给三维模型并进行三维计算；三维计算的结果得到耦合叶片域的损失，将损失降维处理并自动分类并传递给准三维程序进行计算；达到一定条件后退出程序，实现了航空发动机准三维和三维自动耦合。本发明将准三维和三维仿真技术结合起来，既能保留准三维分析速度快的特点，又克服准三维损失模型精确程度不足的缺点。

技术领域

本发明为三维仿真技术领域，具体涉及一种能量损失降维度耦合方法、系统、计算机设备和可读存储介质。

背景技术

航空发动机的主要部件有压气机，燃烧室，涡轮以及尾喷管等，其中的压气机和涡轮为回转式机械，对航空发动机的性能有很大影响。对于叶轮机械来说，气动设计是核心内容，叶轮机械的气动设计体系发展到今天经历了一维经验设计、二维半经验设计、准三维设计和三维设计四种体系。零维仿真技术是根据发动机各部件共同工作关系与各部件特性进行航空发动机数值仿真的，它的优点在于可以快速获得发动机各部件共同工作关系与各部件特性进行航空发动机数值仿真的，它的优点在于可以快速获得发动机各个截面的气动热力参数和发动机总体性能参数，其计算精度主要依赖于部件特性数据库。目前由于世界各大发动机研制厂商在研制过程中积累了大量的试验数据库，这种仿真技术仍广泛用于快速获取发动机稳态和过渡态特性；二维仿真技术是根据欧拉方程、部件损失模型、落后角模型和一些经验系数进行航空发动机稳态和过渡态仿真的，它的优点在于考虑了粘性损失、泄露、引气、畸变、间隙等的影响，可以对整机及各部件的流动情况进行计算，其计算仿真精度很大程度上依赖于损失模型和经验系数的选取；三维仿真技术是指对航空发动机从进口到出口的流道进行三维全流场模拟，可以对旋转部件进行应力场和温度场的仿真，可以详细描述各部件之间的关联和影响，可以对多种场进行耦合分析。

在二十世纪40年代左右，数值计算能力受到限制，在进行设计的过程，应用的物理模型主要是流体质点一维质量连续、流体力学欧拉方程和叶轮机械中气体运动时的径向平衡方程。一维的经验和半经验公式不能对真实的流场结构进行模拟，而全三维的计算在当时又无法实现，因此吴仲华教授提出了基于两类流面(S1和S2)流面来描述三维空间中流体微团的运动机理。到了六十年代末，计算能力有了较大幅度的提高，基于三元流动理论分析的准三维设计体系成为了设计中应用的主要趋势，CFD技术从那时开始应用到了实践工作当中。进入80年代以后，人们对于叶轮机械中单级级负荷所涉及的损失大小和功率大小之间的对应关系有了新的要求，相关领域的人员逐步认识到要想设计出总体性能提高的叶片机，必须要很深入的理解流场内部的三维流动性质。因此准三维设计体系无法满足要求，从此三维设计体系得到了全面的发展。

三维设计通过求解NS方程来获得流场信息。经过许多年的发展，三维计算结果已经比较可靠。但是对于航空发动机整机全三维设计所需要的计算资源过大，计算时间过长。准三维整机仿真计算速度快，需要的计算资源小，但精确性依赖于损失模型的精度。目前国内外机构以及学者对于叶轮机械内部的损失模型已经做了很多研究，损失模型中所考虑的因素越来越来多，损失的分类也更加精细。但是不同的损失模型适用的工况是不一样的，预测结果的差异也是比较大的，因为各个模型的提出所基于的假设和原理以及针对的对象都是不同的。在叶片形状，边界条件与损失模型适应的工况不同时，损失模型的精度会大大降低。

传统的航空发动机设计体系中各部件及学科仿真之间壁垒分明，导致在设计的初级阶段难以获取部件及学科之间的耦合关系，而在后期部件及整机试验中发现这些问题往往需要调整设计方案。多次的设计/试验循环大大增加了航空发动机开发的成本、周期及风险。

因此使用变维度耦合技术将准三维和三维仿真技术结合起来，既能保留准三维分析速度快的特点，又可以克服准三维损失模型精确程度不足的缺点，具有很强的现实应用意义。

发明内容