CN106294913B - 提高零部件热分析计算结果可靠性的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种提高零部件热分析计算结果可靠性的方法。其包括，步骤1，对零部件进行热分析计算，得到零部件壁面网格节点温度；步骤2，再对所述网格节点温度进行拟合或插值，得到零部件耦合流体流动与换热计算所需壁面坐标节点处温度；步骤3，利用步骤2的计算结果作为边界条件，进行零部件耦合流体流动换热计算；步骤4，利用步骤3的计算结果作为零部件换热边界；步骤5，再重复步骤1，重新对零部件进行热分析计算，判断前后两次零部件热分析计算得到的网格节点关键参数的绝对值是否在规定范围内，若在，则计算收敛；若不收敛，再重复步骤2至5进行迭代。

Description

提高零部件热分析计算结果可靠性的方法

技术领域

本发明涉及零部件的热分析方法，尤其涉及提高发动机零部件热分析计算结果可靠性的方法。

背景技术

航空发动机主要零部件热分析结果的准确度取决于换热边界条件设置的准确性。目前零部件例如盘的热分析方法，就是直接根据盘周围及盘腔中二次气流的温度以及换热情况，计算并设置盘的换热边界，再采用有限元分析软件，得到盘的温度场分布。这种热分析结果的可靠性还有待提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高零部件热分析计算结果可靠性的方法。

根据本发明的实施例提供一种提高零部件热分析计算结果可靠性的方法，其包括，

步骤1，对零部件进行热分析计算，得到零部件壁面网格节点温度；

步骤2，再对所述网格节点温度进行拟合和/或插值，得到零部件耦合流体流动与换热计算所需壁面坐标节点处温度；

步骤3，利用步骤2的计算结果作为边界条件，进行零部件耦合流体流动换热计算；

步骤4，利用步骤3的计算结果作为零部件换热边界；

步骤5，再重复步骤1，重新对零部件进行热分析计算，判断前后两次零部件热分析计算得到的网格节点关键参数的绝对值是否在规定范围内，若在，则计算收敛；若不收敛，再重复步骤2至5进行迭代。

在优选的实施例中，所述零部件为涡轮盘，零部件耦合流体为涡轮盘盘腔流动流体。

在优选的实施例中，所述零部件为发动机静子零部件。

在优选的实施例中，在步骤1中，编制命令流文件进行热分析计算的边界加载、计算及后处理。

在优选的实施例中，在步骤3中，将步骤2得到的结果经过拟合或插值后作为一维或多维流动计算的输入。

在优选的实施例中，所述网格节点关键参数包括温度、第二类传热边界条件或第三类边界条件。

本发明的实施例基于盘热分析与流动换热迭代的理论，首先对零部件进行热分析计算，得到零部件壁面网格节点温度，再对网格节点温度进行拟合和插值，得到零部件耦合流体流动与换热所需壁面坐标节点处温度；接着进行零部件耦合流体流动换热计算，得到新的热分析所需换热边界，这样考虑了零部件温度对盘周围气流流动和换热的影响；再根据新的换热边界重新对盘进行热分析，这样有考虑了温度分布一旦影响了盘或零部件周围气流流动和换热的影响，又会对盘温度结果有影响；最后判断前后两次热分析网格节点最大温差绝对值是否在规定范围内，若在，则计算收敛；若不收敛，再进行迭代。因此本发明的实施例能获得这样的有益效果：提高稳态热分析及二次气流的压力、温度、流量计算结果的准确性。

附图说明

本发明的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中：

图1为根据本发明实施例的提高零部件热分析计算结果可靠性的方法的流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，在以下的描述中阐述了更多的细节以便于充分理解本发明，但是本发明显然能够以多种不同于此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下根据实际应用情况作类似推广、演绎，因此不应以此具体实施例的内容限制本发明的保护范围。

在后述实施例中，以航空发动机的涡轮盘的热分析计算为例进行说明，涡轮盘的耦合流体为盘腔流动气流，但本发明的方法不限于涡轮盘的热分析计算，也适合于轴或者其他的发动机静子零部件的热分析计算。

如图1所示，根据本发明的提高零部件热分析计算结果可靠性的方法包括步骤1，对零部件进行热分析计算，得到零部件壁面网格节点温度。步骤1可以借助于热分析软件来执行，例如ANSYS软件，利用VBA语言与ANSYS软件的接口，输入为APDL语言的命令流文件，调用ANSYS软件对涡轮盘进行热分析，得到涡轮盘的壁面网格节点温度。用APDL语言或者其他适应的计算机语言来编制命令流文件进行热分析边界加载、热分析计算及后处理，操作命令流文件比在平台中操作更加容易，涉及到关键参数包括换热边界数值，所以容易实现同一模型热分析的批处理或者计算结果更新。

根据本发明的提高零部件热分析计算结果可靠性的方法还包括步骤2，对所述网格节点温度进行拟合和/或插值，得到零部件耦合流体即盘腔流体流动与换热计算所需壁面坐标节点处温度。通过数学中拟合、插值的方法，可以提高盘腔流动换热计算所需壁面节点处温度的可靠性，并且实现误差可控。使用网格节点平均值、ANSYS后处理中线平均加权值等也可以作为插值方法的一种特殊情况来获得盘腔流体流动与换热计算所需壁面坐标节点处温度。

本发明的提高零部件热分析计算结果可靠性的方法还包括步骤3，利用步骤2的计算结果作为边界调节，进行零部件耦合流体即盘腔流体的流动换热计算。可以利用VBA语言与盘腔流动换热计算程序的接口，调用盘腔流动换热计算程序进行盘腔流动换热计算。在优选的实施例中，可以把步骤2得到的结果作为一维或多维(CFD)零部件耦合流体流动换热计算的输入。

本发明的提高零部件热分析计算结果可靠性的方法还包括步骤4，利用步骤3的计算结果作为零部件换热边界。即更新APDL语言或者其他计算机语言便携的命令流文件中热分析换热边界数值。此步骤利用命令流文件更易操作特点，把关键参数进行更新，得到新的热分析计算输入文件。关键参数例如是流体流量、换热系数、流体温度等，但不限于此，还可以为第一类或第三类传热边界条件。

本发明的提高零部件热分析计算结果可靠性的方法还包括步骤5，再重复步骤1，重新对零部件进行热分析计算，判断前后两次零部件热分析计算得到的网格节点关键参数的绝对值是否在规定范围内，若在，则计算收敛；若不收敛，再重复步骤2至5进行迭代。判断采用的关键参数可以是网格节点温度，但也不限于使用温度计算结果，也可以是命令流文件中的关键参数前后两次计算的数据。在此步骤经过判断后实现了温度场与盘腔流动的迭代，并给出了温度与流动迭代收敛的判断准则，提高了温度计算可靠性并固定了每次迭代完成的标志。

已有热分析方法，有两个因素未考虑：

未考虑零部件温度对盘周围气流流动和换热的影响；

反之温度分布一旦影响了零部件周围气流流动和换热的影响，又会对盘温度结果有影响；

以上两个因素说明了要提高零部件热分析计算结果可靠性，零部件温度场和零部件周围气流流动需要进行迭代，直到零部件温度场前后计算收敛。本发明实施例中的方法考虑利用零部件热分析结果与零部件周围流体流动结果进行迭代，提高了零部件热分析计算结果的可靠性和准确度；并且实现热分析计算与流动与换热计算迭代的自动化，缩短计算时间。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本发明权利要求所界定的保护范围之内。

Claims (6)

1.提高零部件热分析计算结果可靠性的方法，其特征在于，该方法包括

步骤1，对零部件进行热分析计算，得到零部件壁面网格节点温度；

步骤2，再对所述壁面网格节点温度进行拟合和/或插值，得到零部件耦合流体流动与换热计算所需壁面坐标节点处温度；

步骤3，利用步骤2的计算结果作为边界条件，进行零部件耦合流体流动换热计算；

步骤4，利用步骤3的计算结果作为零部件换热边界；

步骤5，再重复步骤1，重新对零部件进行热分析计算，判断前后两次零部件热分析计算得到的壁面网格节点关键参数的绝对值是否在规定范围内，若在，则计算收敛；若不收敛，再重复步骤2至5进行迭代。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述零部件为涡轮盘，零部件耦合流体为涡轮盘盘腔流动流体。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述零部件为发动机静子零部件。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤1中，编制命令流文件进行热分析计算的边界加载、计算及后处理。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤3中，将步骤2得到的结果经过拟合或插值后作为一维或多维流动计算的输入。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述壁面网格节点关键参数包括温度、或第二类传热边界条件、第三类边界条件。