【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及航空發動機，具體涉及一種渦輪轉靜系盤腔轉盤邊界層穩定性分析方法。
技術介紹
1、局部線性穩定性分析廣泛應用于各類基礎的流動模型。局部穩定性分析建立在求解小擾動navier-stokes方程的基礎上，通過擾動的正則模假設，將擾動在基本流慢變的空間方向和時間方向寫成波的形式，從而將求解小擾動方程轉化為求解廣義特征值問題。對于渦輪的轉靜系旋轉盤腔邊界層，靜盤側邊界層極為不穩定，轉盤側邊界層的失穩臨界雷諾數比靜盤側邊界層搞一個量級以上，通過徑向平行流和周向均勻假設的基本流方程和小擾動方程無法直接獲得轉盤側邊界層的穩定性特征。由于轉靜系盤腔內部流動特征的限制，轉盤邊界層外部存在旋轉的流體核心，這使得與傳統的單一旋轉盤相比，穩定性特征已經發生了變化，不再適用。
2、由于渦輪轉靜系旋轉盤腔是航空發動機的關鍵部件，通過穩定性分析方法預測盤面邊界層的穩定性非常重要但是缺少相關的技術。
技術實現思路
1、有鑒于此，本申請實施例提供一種渦輪轉靜系盤腔轉盤邊界層穩定性分析方法，以通過穩定性分析方法預測渦輪轉靜系盤腔盤面邊界層的穩定性。
2、本申請實施例提供以下技術方案：一種渦輪轉靜系盤腔轉盤邊界層穩定性分析方法，包括：
3、基于局部線性化理論，對柱坐標系下的navier-stokes方程進行化簡，求解渦輪轉靜系盤腔中的流動自相似性解；
4、對所述渦輪轉靜系盤腔中的流動自相似性解中轉盤側的速度進行提取和轉換，獲得渦輪轉靜系盤腔中轉盤邊界層的自相似
5、根據所述轉盤邊界層的自相似性解，推導柱坐標系下的小擾動方程組，將小擾動項表達為正則模的形式，將正則模形式的小擾動項代入所述小擾動方程組中，得到譜形式的小擾動方程組；
6、通過切比雪夫多項式法求解所述譜形式的小擾動方程組，得到小擾動項的色散關系，獲得渦輪轉靜系盤腔的轉盤邊界層穩定性特征。
7、根據本申請一種實施例，基于局部線性化理論，對柱坐標系下的navier-stokes方程進行化簡，包括：
8、對以轉盤轉速旋轉的柱坐標系下的navier-stokes方程以矢量形式展開為標量形式，將展開后的方程中的徑向速度u、周向速度v，軸向速度w和壓力p分別表示為無量綱形式，以將所述navier-stokes方程轉化為一組關于相似性解的常微分方程組，完成對所述navier-stokes方程的化簡。
9、根據本申請一種實施例，求解渦輪轉靜系盤腔中的流動自相似性解，包括：
10、將渦輪轉靜系盤腔的邊界條件帶入化簡后的所述navier-stokes方程中，求解獲得所述渦輪轉靜系盤腔中的流動自相似性解。
11、根據本申請一種實施例，對所述渦輪轉靜系盤腔中的流動自相似性解中轉盤側的速度進行提取和轉換，獲得渦輪轉靜系盤腔中轉盤邊界層的自相似性解，包括：
12、基于渦輪轉靜系盤腔中轉盤邊界層的自相似性解的羅斯比數和粘性尺度，對轉盤側的速度進行提取和轉換，獲得渦輪轉靜系盤腔中轉盤邊界層的自相似性解。
13、根據本申請一種實施例，根據所述轉盤邊界層的自相似性解，推導柱坐標系下的小擾動方程組，包括：
14、將化簡后的所述navier-stokes方程中的速度項和壓力項均分別表示為對應的所述轉盤邊界層的自相似性解和小擾動速度的和，獲得帶有小擾動的所述速度項和壓力項；
15、將帶有小擾動的所述速度項和壓力項代入化簡后的所述navier-stokes方程中，獲得柱坐標系下的小擾動方程組；其中，所述速度項和壓力項包括徑向速度u、周向速度v，軸向速度w和壓力p。
16、根據本申請一種實施例，通過切比雪夫多項式法求解所述譜形式的小擾動方程組，包括：
17、構建切比雪夫多項式求導矩陣，將所述譜形式的小擾動方程組轉化為特征值問題；其中，對于擾動在時間上的演化模式，將所述譜形式的小擾動方程組轉化為特征值問題，對于擾動在空間上的演化模式，將所述譜形式的小擾動方程組轉化為非線性特征值問題。
18、與現有技術相比，本說明書實施例采用的上述至少一個技術方案能夠達到的有益效果至少包括：本專利技術實施例是一種基于切比雪夫多項式與局部線性理論相結合的方法，用于處理渦輪轉靜系盤腔中轉盤側邊界層的穩定性特征，可用于時間模式和空間模式分析，獲得渦輪轉靜系盤腔中轉盤側邊界層的對流不穩定性中性曲線和絕對不穩定性中性曲線，從而進一步獲得絕對不穩定性線性全局模態特征，通過特征參數的選取直接確定其邊界層的流動狀態，省去了大量的數值模擬工作。
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1.一種渦輪轉靜系盤腔轉盤邊界層穩定性分析方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的渦輪轉靜系盤腔轉盤邊界層穩定性分析方法，其特征在于，基于局部線性化理論，對柱坐標系下的Navier-Stokes方程進行化簡，包括：
3.根據權利要求1所述的渦輪轉靜系盤腔轉盤邊界層穩定性分析方法，其特征在于，求解渦輪轉靜系盤腔中的流動自相似性解，包括：
4.根據權利要求1所述的渦輪轉靜系盤腔轉盤邊界層穩定性分析方法，其特征在于，對所述渦輪轉靜系盤腔中的流動自相似性解中轉盤側的速度進行提取和轉換，獲得渦輪轉靜系盤腔中轉盤邊界層的自相似性解，包括：
5.根據權利要求1所述的渦輪轉靜系盤腔轉盤邊界層穩定性分析方法，其特征在于，根據所述轉盤邊界層的自相似性解，推導柱坐標系下的小擾動方程組，包括：
6.根據權利要求1所述的渦輪轉靜系盤腔轉盤邊界層穩定性分析方法，其特征在于，通過切比雪夫多項式法求解所述譜形式的小擾動方程組，包括：
【技術特征摘要】
1.一種渦輪轉靜系盤腔轉盤邊界層穩定性分析方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的渦輪轉靜系盤腔轉盤邊界層穩定性分析方法，其特征在于，基于局部線性化理論，對柱坐標系下的navier-stokes方程進行化簡，包括：
3.根據權利要求1所述的渦輪轉靜系盤腔轉盤邊界層穩定性分析方法，其特征在于，求解渦輪轉靜系盤腔中的流動自相似性解，包括：
4.根據權利要求1所述的渦輪轉靜系盤腔轉盤邊界層穩定性分析...
【專利技術屬性】
技術研發人員：謝亞廣，杜強，謝壘，李思懌，李紅葉，劉昊陽，徐光耀，徐綱，朱俊強，
申請(專利權)人：中國科學院工程熱物理研究所，
類型：發明
國別省市：
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