[发明专利]一种基于有限元的涡轮叶片辐射测温误差仿真分析方法

说明书

一种基于有限元的涡轮叶片辐射测温误差仿真分析方法，通过配置Comsol Multiphysics软件环境，构建涡轮叶片辐射测温误差几何模型，依据仿真条件配置表面对表面辐射物理场，对几何模型进行网格划分，直至进一步细化网格或时间步长不会实质性地改变仿真输出，配置求解器并进行求解计算，生成模型辐射及温度分布图，改变参数中的一项或多项以得到相关仿真结果并对仿真结果后处理，以确定涡轮叶片辐射测温误差状况。本发明有利于实现对涡轮叶片辐射测温误差的仿真分析，特别适用于高温环境下涡轮叶片相邻热端部件反射影响的辐射测温误差分析。

技术领域

本发明属于涡轮叶片辐射测温技术领域，特别是一种基于有限元的涡轮叶片辐射测温误差仿真分析方法。

背景技术

涡轮叶片是航空发动机中研制难度最高的核心部件之一，同时涡轮叶片基于状态维修CBM(Condition Based Monitoring)也成为各军事强国不遗余力力求突破的热点和难点，准确获得涡轮叶片表面温度分布则是进行相应研究的基石。由于涡轮叶片运行在高温、高压、强震的恶劣环境中，传统测温方式无法满足测温需求，辐射测温以其测量精度高、可靠性强、响应时间短、测温范围广等优点脱颖而出。然而相邻高温热端部件对被测叶片产生的反射辐射会严重影响辐射测温的精度，准确了解反射辐射对于测温误差的影响对于减小测温误差具有重要意义。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的缺陷或不足，提供一种基于有限元的涡轮叶片辐射测温误差仿真分析方法，通过配置Comsol Multiphysics软件环境，构建涡轮叶片辐射测温误差几何模型，依据仿真条件配置表面对表面辐射物理场，对几何模型进行网格划分，直至进一步细化网格或时间步长不会实质性地改变仿真输出，配置求解器并进行求解计算，生成模型辐射及温度分布图，改变参数中的一项或多项以得到相关仿真结果并对仿真结果后处理，以确定涡轮叶片辐射测温误差状况。

本发明的技术解决方案如下：

一种基于有限元的涡轮叶片辐射测温误差仿真分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，配置Comsol Multiphysics软件环境；

步骤2，构建涡轮叶片辐射测温误差几何模型；

步骤3，依据仿真条件配置表面对表面辐射物理场；

步骤4，对几何模型进行网格划分，直至进一步细化网格或时间步长不会实质性地改变仿真输出；

步骤5，配置求解器并进行求解计算，生成模型辐射及温度分布图；

步骤6，改变以下参数中的一项或多项以得到相关仿真结果并对仿真结果后处理，所述参数包括：环境温度T_amb，周围热端部件温度T_o，被测动叶温度T_blade，叶片发射率ε，以及动叶旋转角度θ；

步骤7，进行涡轮叶片辐射测温误差分析以确定误差状况。

所述步骤1中包括：建立三维空间维度，选择辐射节点下的表面对表面辐射物理场接口，并依次点选添加、研究，最后选择一般研究节点下的稳态研究，点击完成。

所述步骤2中包括：在参数节点下输入一个或多个待用参数，以便对结果进行后处理；几何模型中包括位置关系相对固定的一片或多片动叶，一片或多片前级导叶，以及一片或多片后级导叶。

所述步骤3中包括：对辐射属性的波长相关性进行设置，采用多光谱带，并输入所需观测波段；添加并设置一个或多个漫反射表面，选择辐射方向，采用法向正方向，选择对应边界并输入对应温度、环境温度、环境辐射率和表面发射率。

所述步骤5中包括：添加参数化扫描，扫描参数包括：环境温度，周围热端部件温度，叶片发射率，和动叶位置。

所述步骤6中对仿真结果后处理包括以下一项或多项：