【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及計算流體力學(xué)，具體涉及一種多級軸流壓氣機(jī)全環(huán)非定常高效數(shù)值模擬方法及系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
1、多級軸流壓氣機(jī)廣泛應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域，如航空發(fā)動機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)等。由于動靜葉的相對轉(zhuǎn)動、尾跡干擾、二次流等原因，壓氣機(jī)內(nèi)部流動具有很強(qiáng)的非定常特性，因此，非定常特性對壓氣機(jī)的氣動性能和穩(wěn)定性具有重要意義。目前，葉輪機(jī)械數(shù)值模擬方法具有耗時短、成本低，且能夠揭示壓氣機(jī)內(nèi)部復(fù)雜的非定常流動細(xì)節(jié)的優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于壓氣機(jī)的設(shè)計和分析中。
2、目前葉輪機(jī)械數(shù)值模擬方法主要有：混合平面法、葉片約化法、時間傾斜法、相位延遲法、諧波平衡法、非線性諧波法和全環(huán)非定常法。混合平面法將非定常計算簡化為對單流道的定常計算，但是其無法捕捉到流道中的非定常現(xiàn)象。葉片約化法由于改變了實際的幾何參數(shù)，因此模擬精度較差。時間傾斜法對流場周向馬赫數(shù)的依賴性較大，且受限于相鄰葉排的葉片數(shù)量比。相位延遲法只能模擬兩排葉片的流動，對于多級葉片的流場模擬并不適用。諧波平衡法對于多基頻非定常流，其求解穩(wěn)定性和效率受限于采樣時刻。非線性諧波法依賴于預(yù)先設(shè)置的頻率，對未知頻率流動和多頻率的組合模擬適用性較差。全環(huán)非定常法是針對葉輪機(jī)械的整級采用全環(huán)網(wǎng)格劃分并進(jìn)行非定常計算，具有高保真和非線性的特點，是最直接、最精確的方法。
3、但全環(huán)非定常法存在的問題有：由于壓氣機(jī)的級數(shù)和葉片數(shù)通常較多，一次計算的網(wǎng)格量可達(dá)到上億級，導(dǎo)致內(nèi)存消耗較大；整級全環(huán)網(wǎng)格數(shù)量多，達(dá)到流場收斂所需步數(shù)較多，導(dǎo)致計算耗時較長；網(wǎng)格數(shù)量過多要求并行計算核數(shù)較多，并行計算過程中誤差可
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)的目的在于提供一種多級軸流壓氣機(jī)全環(huán)非定常高效數(shù)值模擬方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中全環(huán)非定常法存在內(nèi)存消耗大、計算耗時長且計算不穩(wěn)定的問題。
2、為了解決上述問題，本專利技術(shù)提出了一種多級軸流壓氣機(jī)全環(huán)非定常高效數(shù)值模擬方法，所采用的技術(shù)方案是：
3、一種多級軸流壓氣機(jī)全環(huán)非定常高效數(shù)值模擬方法，包括以下步驟：
4、步驟s1、將整級單通道網(wǎng)格流場定常計算至流場收斂，單獨(dú)提取并存儲各級單通道數(shù)據(jù)，所述各級單通道數(shù)據(jù)共包括n級單通道數(shù)據(jù)，所述單通道數(shù)據(jù)包括單通道網(wǎng)格及對應(yīng)的流場數(shù)據(jù)，其中，n為≥3的整數(shù)；
5、步驟s2、將第i級單通道數(shù)據(jù)周期性復(fù)制為全環(huán)，得到第i級全環(huán)網(wǎng)格及對應(yīng)的流場數(shù)據(jù)，記作第i級全環(huán)數(shù)據(jù)，其中，i=1；
6、步驟s3、將第i級全環(huán)數(shù)據(jù)與其下游的其余各級的單通道數(shù)據(jù)組合，非定常計算至流場收斂，得到第i級單通道周期內(nèi)的全環(huán)數(shù)據(jù)信息，其中，第i級單通道周期內(nèi)的全環(huán)數(shù)據(jù)信息包括第i級出口全環(huán)流場數(shù)據(jù)；
7、步驟s4、將第i+1級單通道數(shù)據(jù)周期性復(fù)制為全環(huán)，得到第i+1級全環(huán)網(wǎng)格及對應(yīng)的流場數(shù)據(jù)，記作第i+1級全環(huán)數(shù)據(jù)；
8、步驟s5、將第i+1級全環(huán)數(shù)據(jù)與其下游的其余各級的單通道數(shù)據(jù)組合，并將第i級出口全環(huán)流場數(shù)據(jù)作為第i+1級全環(huán)入口邊界條件，非定常計算至流場收斂，得到第i+1級單通道周期內(nèi)的全環(huán)數(shù)據(jù)信息，其中，第i+1級單通道周期內(nèi)的全環(huán)數(shù)據(jù)信息包括第i+1級出口全環(huán)流場數(shù)據(jù)；
9、步驟s6、記i為i+1，循環(huán)步驟s4和步驟?s5，直至i=n，依次得到剩余各級的單通道周期內(nèi)的全環(huán)數(shù)據(jù)信息；
10、步驟s7、將各級單通道周期內(nèi)的全環(huán)數(shù)據(jù)信息組合，得到整級全環(huán)非定常數(shù)據(jù)。
11、進(jìn)一步地，步驟s1中，所述將整級單通道網(wǎng)格流場定常計算至流場收斂，包括：
12、針對所研究的工況點進(jìn)行模型網(wǎng)格劃分及模型參數(shù)設(shè)置，并采用混合平面法將整級單通道網(wǎng)格流場定常計算至流場收斂。
13、進(jìn)一步地，步驟s2中，所述將第i級單通道數(shù)據(jù)周期性復(fù)制為全環(huán)，得到第i級全環(huán)網(wǎng)格及對應(yīng)的流場數(shù)據(jù)，包括：
14、對第i級單通道網(wǎng)格中的靜葉排和動葉排分別進(jìn)行網(wǎng)格和流場數(shù)據(jù)的周期性復(fù)制，得到全環(huán)靜葉排流場數(shù)據(jù)和全環(huán)動葉排流場數(shù)據(jù)；再將全環(huán)靜葉排流場數(shù)據(jù)和全環(huán)動葉排流場數(shù)據(jù)組合構(gòu)成第i級全環(huán)網(wǎng)格及對應(yīng)的流場數(shù)據(jù)。
15、進(jìn)一步地，所述流場數(shù)據(jù)指的是每個單通道網(wǎng)格的中心的流場值；所述流場值包括壓力值、速度值和溫度值。
16、進(jìn)一步地，步驟s3中，所述將第i級全環(huán)數(shù)據(jù)與其下游的其余各級的單通道數(shù)據(jù)組合，非定常計算至流場收斂，得到第i級單通道周期內(nèi)的全環(huán)數(shù)據(jù)信息，包括：
17、將第i級全環(huán)數(shù)據(jù)與其下游的其余各級的單通道數(shù)據(jù)組合，根據(jù)工況轉(zhuǎn)速設(shè)置模擬時間步長并進(jìn)行非定常計算；當(dāng)非定常計算至第i級全環(huán)數(shù)據(jù)連續(xù)且具有周期性變化特征時，認(rèn)為非定常計算至流場收斂，進(jìn)而得到第i級單通道周期內(nèi)的全環(huán)數(shù)據(jù)信息。
18、進(jìn)一步地，所述當(dāng)非定常計算至第i級全環(huán)數(shù)據(jù)連續(xù)且具有周期性變化特征時，認(rèn)為非定常計算至流場收斂，進(jìn)而得到第i級單通道周期內(nèi)的全環(huán)數(shù)據(jù)信息，包括：
19、當(dāng)非定常計算至第i級全環(huán)數(shù)據(jù)連續(xù)且具有周期性變化特征時，認(rèn)為非定常計算至流場收斂，然后，根據(jù)工況轉(zhuǎn)速及第i級全環(huán)網(wǎng)格中的動葉排上的動葉數(shù)量計算動葉旋轉(zhuǎn)單個通道的時間，得到第i級的單通道周期及單通道周期內(nèi)每個時間步的全環(huán)數(shù)據(jù)信息，進(jìn)而得到第i級單通道周期內(nèi)的全環(huán)數(shù)據(jù)信息。
20、進(jìn)一步地，所述第i級出口全環(huán)流場數(shù)據(jù)包括：第i級出口平面處全環(huán)網(wǎng)格三維坐標(biāo)信息、速度場信息、壓力場信息和溫度場信息。
21、進(jìn)一步地，步驟s5中，所述將第i級出口全環(huán)流場數(shù)據(jù)作為第i+1級全環(huán)入口邊界條件，包括：
22、采用循環(huán)賦值的方式，將第i級出口全環(huán)流場數(shù)據(jù)循環(huán)賦值給第i+1級入口。
23、進(jìn)一步地，步驟s7中，將各級單通道周期內(nèi)的全環(huán)數(shù)據(jù)信息組合，得到整級全環(huán)非定常數(shù)據(jù)，包括：
24、依次統(tǒng)計各級中的上一級出口全環(huán)流場數(shù)據(jù)循環(huán)賦值時間與獲得對應(yīng)的收斂后的各級單通道周期內(nèi)的全環(huán)數(shù)據(jù)信息的時間的對應(yīng)關(guān)系，建立各級全環(huán)的流場時間關(guān)系；根據(jù)各級全環(huán)的流場時間關(guān)系得到整級全環(huán)非定常數(shù)據(jù)。
25、本專利技術(shù)還提供了一種用于執(zhí)行上述的多級軸流壓氣機(jī)全環(huán)非定常高效數(shù)值模擬方法的系統(tǒng)，包括：
26、單通道網(wǎng)格處理模塊，用于將整級單通道網(wǎng)格流場定常計算至流場收斂，單獨(dú)提取并存儲各級單通道數(shù)據(jù)，各級單通道數(shù)據(jù)共包括n級單通道數(shù)據(jù)，單通道數(shù)據(jù)包括單通道網(wǎng)格及對應(yīng)的流場數(shù)據(jù)，其中，n為≥3的整數(shù)；
27、第i級全環(huán)數(shù)據(jù)獲取模塊，用于將第i級單通道數(shù)據(jù)周期性復(fù)制為全環(huán)，得到第i級全環(huán)網(wǎng)格及對應(yīng)的流場數(shù)據(jù)，記作第i級全環(huán)數(shù)據(jù)，其中，i=1；
28、第i級單通道周期內(nèi)的全環(huán)數(shù)據(jù)信息獲取模塊，用于將第i級全環(huán)數(shù)據(jù)與其下游的其余各級的單通道數(shù)據(jù)組合，非定常計算至流場收斂，得到第i級單通道周期內(nèi)的全環(huán)數(shù)據(jù)信息，其中，第i級單通道周期內(nèi)的全環(huán)數(shù)據(jù)信息包括第i級出口全環(huán)流場數(shù)據(jù)；
29、第i+1級本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點】
1.一種多級軸流壓氣機(jī)全環(huán)非定常高效數(shù)值模擬方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多級軸流壓氣機(jī)全環(huán)非定常高效數(shù)值模擬方法，其特征在于，步驟S1中，所述將整級單通道網(wǎng)格流場定常計算至流場收斂，包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多級軸流壓氣機(jī)全環(huán)非定常高效數(shù)值模擬方法，其特征在于，步驟S2中，所述將第i級單通道數(shù)據(jù)周期性復(fù)制為全環(huán)，得到第i級全環(huán)網(wǎng)格及對應(yīng)的流場數(shù)據(jù)，包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多級軸流壓氣機(jī)全環(huán)非定常高效數(shù)值模擬方法，其特征在于，所述流場數(shù)據(jù)指的是每個單通道網(wǎng)格的中心的流場值；所述流場值包括壓力值、速度值和溫度值。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多級軸流壓氣機(jī)全環(huán)非定常高效數(shù)值模擬方法，其特征在于，步驟S3中，所述將第i級全環(huán)數(shù)據(jù)與其下游的其余各級的單通道數(shù)據(jù)組合，非定常計算至流場收斂，得到第i級單通道周期內(nèi)的全環(huán)數(shù)據(jù)信息，包括：
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的多級軸流壓氣機(jī)全環(huán)非定常高效數(shù)值模擬方法，其特征在于，所述當(dāng)非定常計算至第i級全環(huán)數(shù)據(jù)連續(xù)且具有周期性變化特征時，認(rèn)為非定常計算至流場收
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多級軸流壓氣機(jī)全環(huán)非定常高效數(shù)值模擬方法，其特征在于，所述第i級出口全環(huán)流場數(shù)據(jù)包括：第i級出口平面處全環(huán)網(wǎng)格三維坐標(biāo)信息、速度場信息、壓力場信息和溫度場信息。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多級軸流壓氣機(jī)全環(huán)非定常高效數(shù)值模擬方法，其特征在于，步驟S5中，所述將第i級出口全環(huán)流場數(shù)據(jù)作為第i+1級全環(huán)入口邊界條件，包括：
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的多級軸流壓氣機(jī)全環(huán)非定常高效數(shù)值模擬方法，其特征在于，步驟S7中，將各級單通道周期內(nèi)的全環(huán)數(shù)據(jù)信息組合，得到整級全環(huán)非定常數(shù)據(jù)，包括：
10.一種用于執(zhí)行如權(quán)利要求1-9任一所述的多級軸流壓氣機(jī)全環(huán)非定常高效數(shù)值模擬方法的系統(tǒng)，其特征在于，包括：
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種多級軸流壓氣機(jī)全環(huán)非定常高效數(shù)值模擬方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多級軸流壓氣機(jī)全環(huán)非定常高效數(shù)值模擬方法，其特征在于，步驟s1中，所述將整級單通道網(wǎng)格流場定常計算至流場收斂，包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多級軸流壓氣機(jī)全環(huán)非定常高效數(shù)值模擬方法，其特征在于，步驟s2中，所述將第i級單通道數(shù)據(jù)周期性復(fù)制為全環(huán)，得到第i級全環(huán)網(wǎng)格及對應(yīng)的流場數(shù)據(jù)，包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多級軸流壓氣機(jī)全環(huán)非定常高效數(shù)值模擬方法，其特征在于，所述流場數(shù)據(jù)指的是每個單通道網(wǎng)格的中心的流場值；所述流場值包括壓力值、速度值和溫度值。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多級軸流壓氣機(jī)全環(huán)非定常高效數(shù)值模擬方法，其特征在于，步驟s3中，所述將第i級全環(huán)數(shù)據(jù)與其下游的其余各級的單通道數(shù)據(jù)組合，非定常計算至流場收斂，得到第i級單通道周期內(nèi)的全環(huán)數(shù)據(jù)信息，包括：
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：張海濱，關(guān)博，白博峰，
申請(專利權(quán))人：西安交通大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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