CN108491572A - 一种基于两面流理论的透平机械二维流动仿真方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于两面流理论的透平机械二维流动仿真方法，具体步骤如下：对S1面进行网格划分，同时用户自定义网格节点数量；根据网格节点位置坐标求解各节点位置上的曲率，求解S1面流体域并计算各节点位置上的流量，根据各节点位置上流量是否完全符合真实流面的流量，重定位各节点位置，重定位流面后，继续求解S1面流体域和各节点位置上的流量，直至各节点位置上流量完全符合真实流面的流量；根据S1面求解节点位置，任取S1面上一真实的流面，进行网格划分，S2面节点位置上的厚度，根据S1面求得的真实流面厚度插值求取，实现S1面和S2面耦合网格划分；S2面流体域计算；后处理。本发明具有速度快、效率高、精确度高等优点。

Description

一种基于两面流理论的透平机械二维流动仿真方法
技术领域
本发明涉及透平机械内流场模拟仿真技术领域，具体来说是一种基于两面流理论的透平机械二维流动仿真方法。
背景技术
随着全面提升智能制造创新力，加快由“制造大国”向“制造强国”的转变，工业软件作为智能制造的重要基础和核心支撑，其在推动制造业转型升级、实现制造强国战略上发挥着重要的指导意义。目前，国内透平机械领域也缺乏完全自主知识产权的智能化设计平台。
透平机械的二维流动仿真模拟在透平机械智能化设计和分析中具有参考价值和指导意义。目前关于透平机械二维流动计算均基于吴仲华院士提出的两面流理论延伸出来，如有限元法、流函数法、线性流函数法、流线曲率法以及时间推进法等。两面流理论为：将透平机械内三维流体流动，简化分为轮盖和轮毂之间的S2面和平行于旋转轴面的S1面。
求解二维流动的方法繁多，但均碎片化，未能集成系统，并且上述算法存在着以下问题：求解速度缓慢、S1面计算过程中对真实流面定位不精确、S1面和S2面耦合计算时网格不易耦合适应，计算流体流动类型涵盖范围小，对透平机械流场预测失真等弊端。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中的碎片化、求解速度慢、S1面计算过程中对真实流面定位不精确的缺陷，提供一种基于两面流理论的透平机械二维流动仿真方法来解决上述问题。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：本发明公开了一种基于两面流理论的透平机械二维流动仿真方法，具体步骤如下：
一、S1面网格划分
对S1面进行网格划分，同时用户可自定义网格节点数量；
二、S1面流体域计算
根据网格节点位置坐标求解各节点位置上的曲率，求解S1面流体域并计算各节点位置上的流量，根据各节点位置上流量是否完全符合真实流面的流量，重定位各节点位置，重定位流面后，继续求解S1面流体域和各节点位置上的流量，直至各节点位置上流量完全符合真实流面的流量；
三、S2面网格耦合划分
根据S1面求解节点位置，任取S1面上一真实的流面，进行网格划分，S2面节点位置上的厚度，根据S1面求得的真实流面厚度插值求取，实现S1面和S2面耦合网格划分；
四、S2面流体域计算
求解S2流体域的流函数，进而反推出整个流体域的运动特性参数；
五、后处理
以云图、矢量图的形式显示流场的运动特性参数，以线图方式显示运动特性参数随着坐标轴的变化趋势，并输出二维流动仿真报告。
作为优选，所述的步骤二中，采用流线曲率法和网格节点间耦合技术求解S1面流体域并计算各节点位置上的流量。
作为优选，所述的步骤二中，重定位时为了防止计算发散和震荡，采用数值阻尼技术和防震荡技术，以稳定算法和加快收敛速度。
作为优选，所述的步骤四中，采用流函数法求解S2面流体域的流函数。
作为优选，所述的步骤四中，求解S2面流体域的流函数过程中采用超速求解算法和监控机制,超速求解算法利用高斯消元法或TDMA快速求解大型稀疏矩阵,监控机制根据相对马赫数的大小以监测流动是否为超音速流动，当检测到超音速流动时，即相对马赫数大于1时，调节入口的温度和压力值，将超音速流动调节为亚音速问题进行求解，利用求解的亚音速的速度场，带入真实入口温度和压力值，来求解流场的热力学特性，以达到解决超音速求解发散问题。
本发明相比现有技术具有以下优点：
（1）、基于流线曲率法求解S1面流体域，然后根据节点位置坐标，耦合划分S2面，基于流函数法求解S2面流体域。本发明将S1面计算和S2面计算集成一个系统，方便网格耦合划分，能够准确预测透平机械内三维流动的真实情况；
（2）、本发明S1面计算基于流线曲率法，并采用节点间耦合技术进行节点间耦合计算，并根据节点位置上流量重定位流面，重定位时采用数值阻尼技术和防震荡技术，以稳定算法和加快收敛速度；
（3）、本发明S2面计算时，首先根据S1面计算出真实流面节点位置，耦合划分S2面的网格，基于流函数法求解S2面流体域的流函数，进而反推出整个流体域的运动特性参数，其中求解流体域流函数过程中，采用超速求解算法和监控机制，以加快求解速度和解决超音速求解发散问题；
（4）、本发明的仿真系统具备强大的后处理功能，能够以云图、矢量图的形式显示流场的运动特性参数；能够以线图方式显示运动特性参数随着坐标轴的变化趋势；能够输出二维流动仿真报告。
附图说明
图1为本发明所述的基于两面流理论的透平机械二维流动仿真方法的流程图；
图2为本发明的实施例1中的S1面网格示意图；
图3为本发明的实施例1中的S2面网格示意图；
图4为本发明的实施例1中的S1面流体域计算压力云图；
图5为本发明的实施例1中的S1面流体域网格速度矢量图；
图6为本发明的实施例1中的S1面流体域叶轮内流角线图。
具体实施方式
为使对本发明的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，用以较佳的实施例及附图配合详细的说明，说明如下：
实施例1
参照图1-6，本发明公开了一种基于两面流理论的透平机械二维流动仿真方法，具体步骤为：S1面网格划分、S1面流体域计算、S2面网格耦合划分、S2面流体域计算、后处理。其中：
S1面网格划分，其基于合肥市太泽透平技术有限公司的TurboTides透平机械设计研发平台的几何模块，自动或者自定义划分网格，S1面网格如图2所示；
S1面流体域计算，根据流体入口处边界条件，初始化流场，S1流体域开始求解，并重定位为流面，迭代至S1面流体域流场收敛；
S2面网格耦合划分，选取S1面任意一条真实流线所在的流面，系统自动调用S1网格节点位置,并且插值S2面网格节点上对应的厚度值，完成S2面网格划分，S2面网格如图3所示；
S2面流体域计算，根据流体入口处边界条件，初始化流场，S2面流体域开始求解，迭代至S2面流体域流场收敛，至此，完成透平机械二维流动仿真模拟；
后处理，该系统提供强大的后处理功能，如图4显示为S1面流体域压力云图，如图5显示为S1面流体域流体域网格速度矢量图，如图6显示为叶轮内流角线图，同时还可以导出S1面流体域的仿真报告，S2面流体域也具备和S1面流体域相同的后处理功能。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (5)

1.一种基于两面流理论的透平机械二维流动仿真方法，其特征在于：具体步骤如下：
一、S1面网格划分
对S1面进行网格划分，同时用户可自定义网格节点数量；
二、S1面流体域计算
根据网格节点位置坐标求解各节点位置上的曲率，求解S1面流体域并计算各节点位置上的流量，根据各节点位置上流量是否完全符合真实流面的流量，重定位各节点位置，重定位流面后，继续求解S1面流体域和各节点位置上的流量，直至各节点位置上流量完全符合真实流面的质量；
三、S2面网格耦合划分
根据S1面求解节点位置，任取S1面上一真实的流面，进行网格划分，S2面节点位置上的厚度，根据S1面求得的真实流面厚度插值求取，实现S1面和S2面耦合网格划分；
四、S2面流体域计算
求解S2面流体域的流函数，进而反推出整个流体域的运动特性参数；
五、后处理
以云图、矢量图的形式显示流场的运动参数，以线图方式显示运动特性参数随着坐标轴的变化趋势，并输出二维流动仿真报告。
2.根据权利要求1所述的一种基于两面流理论的透平机械二维流动仿真方法，其特征在于：所述的步骤二中，采用流线曲率法和网格节点间耦合技术求解S1面流体域并计算各节点位置上的流量。
3.根据权利要求1所述的一种基于两面流理论的透平机械二维流动仿真方法，其特征在于：所述的步骤二中，重定位时为了防止计算发散和震荡，采用数值阻尼技术和防震荡技术，以稳定算法和加快收敛速度。
4.根据权利要求1所述的一种基于两面流理论的透平机械二维流动仿真方法，其特征在于：所述的步骤四中，采用流函数法求解S2面流体域的流函数。
5.根据权利要求1所述的一种基于两面流理论的透平机械二维流动仿真方法，其特征在于：所述的步骤四中，求解S2面流体域的流函数过程中采用超速求解算法和监控机制,超速求解算法利用高斯消元法或TDMA快速求解大型稀疏矩阵,监控机制根据相对马赫数的大小以监测流动是否为超音速流动，当检测到超音速流动时，即相对马赫数大于1时，调节入口的温度和压力值，将超音速流动调节为亚音速问题进行求解，利用求解的亚音速的速度场，带入真实入口温度和压力值，来求解流场的热力学特性，以达到解决超音速求解发散问题。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110222389A (zh) * 2019-05-24 2019-09-10 河海大学 基于虚拟厚度的反击式转轮全局特性数值计算方法和系统
CN114251129A (zh) * 2021-11-29 2022-03-29 中国船舶工业集团公司第七0八研究所 用于透平机械二次流分析评估第三类流面及其设计方法
CN114580345A (zh) * 2022-04-29 2022-06-03 深圳鸿芯微纳技术有限公司 电路仿真方法、装置、计算机设备及计算机可读存储介质

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB115862A (en) * 1917-03-23 1918-05-23 Karl Baumann Improvements in or relating to Ejectors.
CN102890733A (zh) * 2012-09-18 2013-01-23 天津空中代码工程应用软件开发有限公司 求解亚音速流动的反问题的数值方法
CN103047173A (zh) * 2011-10-12 2013-04-17 中国石油化工股份有限公司 获得离心泵蜗壳的高效低噪叶轮方法
CN106644362A (zh) * 2016-11-24 2017-05-10 中国空气动力研究与发展中心高速空气动力研究所 一种超音速空腔流动的马赫数敏感性分析方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB115862A (en) * 1917-03-23 1918-05-23 Karl Baumann Improvements in or relating to Ejectors.
CN103047173A (zh) * 2011-10-12 2013-04-17 中国石油化工股份有限公司 获得离心泵蜗壳的高效低噪叶轮方法
CN102890733A (zh) * 2012-09-18 2013-01-23 天津空中代码工程应用软件开发有限公司 求解亚音速流动的反问题的数值方法
CN106644362A (zh) * 2016-11-24 2017-05-10 中国空气动力研究与发展中心高速空气动力研究所 一种超音速空腔流动的马赫数敏感性分析方法

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
吴仲文: "General Theory of Three-Dimensional Flow in Subsonic and Supersonic Turbomachines of Axial-, Radial, and Mixed-Flow TYpes", 《掌桥科研》 *
王甲升: "《叶轮机械气体动力学基础》", 31 July 1980 *
郑世琴等: "内燃机冷却风扇三元流场计算的新方法", 《内燃机学报 》 *
马文建: "基于两类相对流面计算理论研究及程序开发", 《万方学位论文频道》 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110222389A (zh) * 2019-05-24 2019-09-10 河海大学 基于虚拟厚度的反击式转轮全局特性数值计算方法和系统
CN110222389B (zh) * 2019-05-24 2020-08-25 河海大学 基于虚拟厚度的反击式转轮全局特性数值计算方法和系统
CN114251129A (zh) * 2021-11-29 2022-03-29 中国船舶工业集团公司第七0八研究所 用于透平机械二次流分析评估第三类流面及其设计方法
CN114580345A (zh) * 2022-04-29 2022-06-03 深圳鸿芯微纳技术有限公司 电路仿真方法、装置、计算机设备及计算机可读存储介质
CN114580345B (zh) * 2022-04-29 2022-07-05 深圳鸿芯微纳技术有限公司 电路仿真方法、装置、计算机设备及计算机可读存储介质

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