CN116561934A - 叶片性能角模型修正方法及装置、电子设备、存储介质 - Google Patents
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Abstract
本公开提供了一种叶片性能角模型修正方法及装置、电子设备、存储介质,涉及计算机技术领域。该叶片性能角模型修正方法包括:获取轴流式叶轮机械的CFD仿真结果,所述CFD仿真结果包括计算网格上各网格节点的节点气动参数;根据所述节点气动参数确定各所述网格节点对应的节点位置气流角;通过所述计算网格对应的子午向结构图,确定各所述网格节点对应的节点位置叶片几何角;基于所述节点位置气流角和所述节点位置叶片几何角,确定所述轴流式叶轮机械修正后的叶片性能角模型。本公开实施例的技术方案可以有效提升轴流式叶轮机械的通流计算的准确性。
Description
技术领域
本公开涉及计算机技术领域,具体而言,涉及一种叶片性能角模型修正方法、叶片性能角模型修正装置、电子设备以及计算机可读存储介质。
背景技术
轴流式叶轮机械的通流计算是用于分析气流准三维属性的数值求解技术,通流计算的准确性直接影响轴流式叶轮机械的性能。在通流计算过程中,叶片性能角模型即叶片攻角模型和叶片落后角模型的准确与否,直接影响通流计算准确性。
目前,相关的方案中,在轴流式叶轮机械的通流计算时需要用户给定叶片攻角模型和叶片落后角模型,但是,以人工的方式设置叶片攻角模型和叶片落后角模型,不仅工作量大,而且叶片攻角模型和叶片落后角模型的准确性较低,导致轴流式叶轮机械的通流计算精度较差。
需要说明的是,在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解,因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
本公开实施例的目的在于提供一种叶片性能角模型修正方法、叶片性能角模型修正装置、电子设备以及计算机可读存储介质,进而实现对叶片攻角模型和叶片落后角模型的修正,提升轴流式叶轮机械的通流计算的准确性。
本公开的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然,或部分地通过本公开的实践而习得。
根据本公开实施例的第一方面,提供了一种叶片性能角模型修正方法,包括:
获取轴流式叶轮机械的CFD仿真结果,所述CFD仿真结果包括计算网格上各网格节点的节点气动参数;
根据所述节点气动参数确定各所述网格节点对应的节点位置气流角;
通过所述计算网格对应的子午向结构图,确定各所述网格节点对应的节点位置叶片几何角;
基于所述节点位置气流角和所述节点位置叶片几何角,确定所述轴流式叶轮机械修正后的叶片性能角模型。
根据本公开实施例的第二方面,提供了一种叶片性能角模型修正装置,包括:
气动参数获取模块,用于获取轴流式叶轮机械的CFD仿真结果,所述CFD仿真结果包括计算网格上各网格节点的节点气动参数;
气流角确定模块,用于根据所述节点气动参数确定各所述网格节点对应的节点位置气流角;
叶片几何角确定模块,用于通过所述计算网格对应的子午向结构图,确定各所述网格节点对应的节点位置叶片几何角;
性能角模型生成模块,用于基于所述节点位置气流角和所述节点位置叶片几何角,确定所述轴流式叶轮机械修正后的叶片性能角模型。
根据本公开实施例的第三方面,提供了一种电子设备,包括:处理器;以及存储器,所述存储器上存储有计算机可读指令,所述计算机可读指令被所述处理器执行时实现上述任意一项所述的叶片性能角模型修正方法。
根据本公开实施例的第四方面,提供一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时实现根据上述任意一项所述的叶片性能角模型修正方法。
本公开实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果:
本公开的示例实施例中的叶片性能角模型修正方法,可以获取轴流式叶轮机械的CFD仿真结果,CFD仿真结果可以包括计算网格上各网格节点的节点气动参数,然后可以根据节点气动参数确定各网格节点对应的节点位置气流角,并通过计算网格对应的子午向结构图,确定各网格节点对应的节点位置叶片几何角,进而可以基于节点位置气流角和节点位置叶片几何角,确定轴流式叶轮机械修正后的叶片性能角模型。一方面,通过具有较高可信度的CFD仿真结果修正叶片性能角模型,能够有效提升叶片性能角模型的准确性,进而提升轴流式叶轮机械的通流计算的精度;另一方面,通过将CFD仿真结果转换为节点位置气流角和节点位置叶片几何角,进而通过节点位置气流角和节点位置叶片几何角确定叶片性能角模型,可以实现叶片性能角模型的自动修正,降低工作量,提升叶片性能角模型的修正效率。
应当理解的是,以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的,并不能限制本公开。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分,示出了符合本公开的实施例,并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了可以应用本公开实施例的一种叶片性能角模型修正方法及装置的示例性应用环境的系统架构的示意图。
图2示意性示出了根据本公开的一些实施例的叶片性能角模型修正方法的流程示意图。
图3示意性示出了根据本公开的一些实施例的叶片攻角的结构示意图。
图4示意性示出了根据本公开的一些实施例的叶片落后角的结构示意图。
图5示意性示出了根据本公开的一些实施例的计算网格的结构示意图。
图6示意性示出了根据本公开的一些实施例的确定节点位置叶片几何角的流程示意图。
图7示意性示出了根据本公开的一些实施例的构成样条曲线的原理示意图。
图8示意性示出了根据本公开的一些实施例的确定修正后的叶片攻角模型和叶片落后角模型的流程示意图。
图9示意性示出了根据本公开的一些实施例的叶片性能角模型修正装置的示意图。
图10示意性示出了根据本公开的一些实施例的电子设备的计算机系统的结构示意图。
图11示意性示出了根据本公开的一些实施例的计算机可读存储介质的示意图。
在附图中,相同或对应的标号表示相同或对应的部分。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明,其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时,除非另有表示,不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本说明书相一致的所有实施方式。相反,它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本说明书的一些方面相一致的装置和方法的例子。
在本说明书使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的,而非旨在限制本说明书。在本说明书和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式,除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解,本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
应当理解,尽管在本说明书可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息,但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如,在不脱离本说明书范围的情况下,第一信息也可以被称为第二信息,类似地,第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境,如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。
现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而,示例实施方式能够以多种形式实施,且不应被理解为限于在此阐述的范例;相反,提供这些实施方式使得本公开将更加全面和完整,并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。
此外,所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中,提供许多具体细节从而给出对本公开的实施例的充分理解。然而,本领域技术人员将意识到,可以实践本公开的技术方案而没有特定细节中的一个或更多,或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下,不详细示出或描述公知方法、装置、实现或者操作以避免模糊本公开的各方面。
此外,附图仅为示意性图解,并非一定是按比例绘制。附图中所示的方框图仅仅是功能实体,不一定必须与物理上独立的实体相对应。即,可以采用软件形式来实现这些功能实体,或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体,或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。
图1示出了可以应用本公开实施例的一种叶片性能角模型修正方法及装置的示例性应用环境的系统架构的示意图。
如图1所示,系统架构100可以包括台式计算机101、便携式计算机102、智能手机103等终端设备中的一个或多个,网络104和服务器105。网络104用以在终端设备和服务器105之间提供通信链路的介质。网络104可以包括各种连接类型,例如有线、无线通信链路或者光纤电缆等等。终端设备可以是各种具有数据处理功能的电子设备,包括但不限于上述的台式计算机、便携式计算机、智能手机等等。应该理解,图1中的终端设备、网络和服务器的数目仅仅是示意性的。根据实现需要,可以具有任意数目的终端设备、网络和服务器。比如服务器105可以是多个服务器组成的服务器集群等。
本公开实施例所提供的叶片性能角模型修正方法一般由终端设备执行,相应地,叶片性能角模型修正装置一般设置于终端设备中。但本领域技术人员容易理解的是,本公开实施例所提供的叶片性能角模型修正方法也可以由服务器105执行,相应的,叶片性能角模型修正装置也可以设置于服务器105中,本示例性实施例中对此不做特殊限定。
此外,应当理解的是,本公开实施方式的叶片性能角模型修正方法可以配置成软件模块。在一些实施场景中,本公开的叶片性能角模型修正方案可以单独部署,以实现通过输入轴流式叶轮机械的CFD仿真结果生成轴流式叶轮机械修正后的叶片性能角模型。在另一些实施场景中,本公开的叶片性能角模型修正方案可以部署在其他软件内,作为该软件的一个功能模块,如部署在轴流式叶轮机械的设计分析软件中,本公开对于叶片性能角模型修正方法的应用方式不做特别限制。
在本示例实施例中,首先提供了一种叶片性能角模型修正方法,下面以终端设备执行该方法为例,对叶片性能角模型修正方法进行详细说明。图2示意性示出了根据本公开的一些实施例的叶片性能角模型修正方法流程的示意图。参考图2所示,该叶片性能角模型修正方法可以包括以下步骤:
步骤S210,获取轴流式叶轮机械的CFD仿真结果,所述CFD仿真结果包括计算网格上各网格节点的节点气动参数;
步骤S220,根据所述节点气动参数确定各所述网格节点对应的节点位置气流角;
步骤S230,通过所述计算网格对应的子午向结构图,确定各所述网格节点对应的节点位置叶片几何角;
步骤S240,基于所述节点位置气流角和所述节点位置叶片几何角,确定所述轴流式叶轮机械修正后的叶片性能角模型。
根据本示例实施例中的叶片性能角模型修正方法,一方面,通过具有较高可信度的CFD仿真结果修正叶片性能角模型,能够有效提升叶片性能角模型的准确性,进而提升轴流式叶轮机械的通流计算的精度;另一方面,通过将CFD仿真结果转换为节点位置气流角和节点位置叶片几何角,进而通过节点位置气流角和节点位置叶片几何角确定叶片性能角模型,可以实现叶片性能角模型的自动修正,降低工作量,提升叶片性能角模型的修正效率。
下面,将对本示例实施例中的叶片性能角模型修正方法进行进一步的说明。
在步骤S210中,获取轴流式叶轮机械的CFD仿真结果,所述CFD仿真结果包括计算网格上各网格节点的节点气动参数。
在本公开的一个示例实施例中,轴流式叶轮机械是指通过流体介质沿着轴向流动的叶轮机械,例如,轴流式叶轮机械可以是一级轴流式压气机,也可以是多级轴流式压气机,当然,轴流式叶轮机械还可以是轴流式水轮机、轴流式压缩机、轴流式混输泵、轴流式水泵等,本示例实施例对于轴流式叶轮机械的类型不做特别限定。
CFD仿真结果是指对轴流式叶轮机械进行计算流体力学(Computational FluidDynamics)得到的仿真结果,CFD仿真的基本原理是通过数值求解控制流体流动的微分方程,得出流体流动的流场在连续区域上的离散分布,从而近似模拟流体流动情况。
计算网格是指在计算流体力学中,按一定规律分布于流场中离散点的几何网格,计算网格是连接几何模型和数值算法的纽带,几何模型只有被划分为一定标准的计算网格时才能对其进行数值求解,一般而言,计算网格划分的越密,得到的结果就越精确,但所需要的计算量也就越大,耗时也越多。
CFD仿真结果可以包括计算网格上各网格节点的节点气动参数,例如,节点气动参数可以是流体在动叶段对应的网格节点处的相对速度,也可以是流体在静叶段对应的网格节点处的绝对速度,当然,节点气动参数还可以是其他类型的、用于描述流体在网格节点处的运动参数,本示例实施例对此不做特殊限定。
在步骤S220中,根据所述节点气动参数确定各所述网格节点对应的节点位置气流角。
在本公开的一个示例实施例中,节点位置气流角是指计算网格中任意的网格节点处流体所产生的速度的切向角度,例如,假设节点气动参数可以是流体在动叶段对应的网格节点处的相对速度,以及在静叶段对应的网格节点处的绝对速度,那么可以根据流体在动叶段对应的网格节点处的相对速度得到动叶段流体的气流角,并根据流体在静叶段对应的网格节点处的绝对速度得到动叶段流体的气流角,进而可以通过静叶段的气流角和动叶段的气流角得到计算网格中任意网格节点对应的节点位置气流角。当然,还可以通过其他类型的节点气动参数确定任意网格节点对应的节点位置气流角,本示例实施例对于通过何种节点气动参数确定节点位置气流角不做特别限定。
在步骤S230中,通过所述计算网格对应的子午向结构图,确定各所述网格节点对应的节点位置叶片几何角。
在本公开的一个示例实施例中,子午向结构图是指轴流式叶轮机械的流道在子午向上的特征结构图,例如,子午向结构图可以是轴流式叶轮机械在子午向上仅包括外部型线的局部结构图,也可以是对轴流式叶轮机械在子午向上整体结构图,本示例实施例对子午向结构图所包含的内容不做特别限定。
节点位置叶片几何角是指计算网格中任意的网格节点处叶片所对应的几何角度,例如,可以根据子午向结构图中已知的几何角以及几何关系得到叶片在任意网格节点位置处的几何角,当然,还可以通过子午向结构图其他数据确定计算网格中任意的网格节点处叶片所对应的几何角度,例如,可以根据网格节点的位置以及三角函数关系确定叶片在任意网格节点位置处的几何角,本示例实施例对于根据子午向结构图确定节点位置叶片几何角的方式不做特别限定。
在步骤S240中,基于所述节点位置气流角和所述节点位置叶片几何角,确定所述轴流式叶轮机械修正后的叶片性能角模型。
在本公开的一个示例实施例中,叶片性能角模型是指影响叶片性能参数的相关角度模型,例如,叶片性能角模型可以包括但不限于叶片攻角模型和叶片落后角模型。其中,叶片攻角是指叶片前缘与进口流体速度之间夹角,当叶片攻角较小时,流体将更容易被吸入,但是容易产生浊流或失速,从而降低了叶轮机械的效率;当叶片攻角较大时,流体流过叶片后将产生更大的离心力,提高了叶轮机械的扬程和压力,叶片攻角大小应根据叶轮机械的具体应用需求进行调整。叶片落后角是指叶片尾缘与出口流体速度之间的夹角,当叶片落后角较小时,叶片将更容易被流体推离,从而产生更多的流动阻力,降低了叶轮机械的效率;当落后角较大时,叶片重心与出口流速之间的距离增加,增加了叶片的力臂,提高了叶轮机械的扬程和压力,同样,叶片落后角大小也应根据叶轮机械的具体应用进行调整。
在得到轴流式叶轮机械修正后的叶片性能角模型即叶片攻角模型和叶片落后角模型之后,通过CFD仿真结果修正后的叶片攻角模型和叶片落后角模型实现轴流式叶轮机械的通流计算,能够有效提升叶片性能角模型的准确性,进而提升轴流式叶轮机械的通流计算的精度;其次通过将CFD仿真结果转换为节点位置气流角和节点位置叶片几何角,进而通过节点位置气流角和节点位置叶片几何角确定叶片性能角模型,可以实现叶片性能角模型的自动修正,降低工作量,提升叶片性能角模型的修正效率。
下面对步骤S210至步骤S240进行详细说明。
图3示意性示出了根据本公开的一些实施例的叶片攻角的结构示意图。
参考图3所示,1可以表示叶型吸力面型线,2可以表示压力面型线,3可以表示叶型中弧线,4可以表示轴向,5可以表示叶型中弧线延长线,6可以表示进气方向,叶片攻角可以表示为关系式(1):
i=β1-α1(1)
其中,i可以表示任意叶高百分比位置处的叶片攻角,β1可以表示任意叶高百分比位置处的叶片入口几何角,α1可以表示任意叶高百分比位置处的进气角。由关系式(1)可以看出,叶片攻角随着进气角方向的改变而改变,可以为负值也可以为正值。由于叶片攻角大小不仅影响压气机设计点性能,还会影响压气机稳定工作范围,故叶片攻角的选择对于轴流式叶轮机械设计至关重要。
图4示意性示出了根据本公开的一些实施例的叶片落后角的结构示意图。
参考图4所示,7可以表示叶型吸力面型线,8可以表示压力面型线,9可以表示叶型中弧线,10可以表示轴向,11可以表示叶型中弧线延长线,12可以表示出气方向,叶片落后角可以表示为关系式(2):
δ=β2-α2(2)
其中,δ可以表示任意叶高百分比位置处的叶片落后角,α2可以表示任意叶高百分比位置处的出气角,β2可以表示任意叶高百分比位置处的叶片出口几何角。叶片落后角是由叶型出口角和出气角唯一确定,叶片落后角出现偏差,不仅影响单叶片气动性能,而且直接改变了下游叶片的进口气流角,使下游叶片处于非设计工作状态,并由此改变下游所有叶排的工作,造成级间不匹配的严重问题,这对多级轴流式叶轮机械来说是最为严重的后果,故准确的叶片落后角模型对轴流式叶轮机械的通流计算至关重要。
在本公开的一个示例实施例中,节点气动参数可以包括动叶段对应的第一网格节点的相对速度,以及静叶段对应的第二网格节点的绝对速度;其中,动叶段是指轴流式叶轮机械的流道中运动叶片所对应的区段,静叶段是指轴流式叶轮机械的流道中静止叶片所对应的区段。相对速度是指轴流式叶轮机械的流道动叶段中流体相对于叶片的运动速度,绝对速度是指轴流式叶轮机械的流道静叶段中流体的运动速度。第一网格节点是指动叶段范围内所包含的网格节点,第二网格节点是指静叶段范围内所包含的网格节点,当然,可以理解的是,此处的“第一”、“第二”仅用于区分动叶段和静叶段所对应的网格节点,没有任何特殊含义,并不应对本示例实施例造成限定。
图5示意性示出了根据本公开的一些实施例的计算网格的结构示意图。
参考图5所示,以1级轴流压气机为例,可以通过周向、子午向、展向描述1级轴流压气机的流体流道区段510的各个位置,其中,i可以表示周向,j可以表示子午向,k可以表示展向,流体流道区段510可以包括动叶段520和静叶段530。可以对流体流道区段510进行CFD仿真计算,计算网格上的每个网格节点保留气动参数计算数据,得到存储有节点气动参数的计算网格540,计算网格540上各网格节点存储的节点气动参数可以包括动叶段520所包含的第一网格节点的相对速度,以及静叶段530所包含的第二网格节点的绝对速度。
可以根据相对速度确定第一网格节点对应的第一节点位置气流角,并根据绝对速度确定第二网格节点对应的第二节点位置气流角,进而可以基于第一节点位置气流角和第二节点位置气流角,得到任意网格节点对应的节点位置气流角。
其中,第一节点位置气流角是指动叶段位置处的各网格节点所对应的气流角,第二节点位置气流角是指静叶段位置处的各网格节点所对应的气流角,在得到动叶段和静叶段的第一节点位置气流角和第二节点位置气流角,即可得到轴流式叶轮机械中任意网格节点处对应的节点位置气流角。
可选的,相对速度可以包括第一切向分速度和第一轴向分速度,可以根据第一切向分速度和第一轴向分速度,确定第一网格节点对应的第一节点位置气流角。其中,第一切向分速度是指动叶段的流体相对速度在切线方向上的分速度,第一轴向分速度是指动叶段的流体相对速度在轴向上的分速度。
举例而言,可以通过关系式(3)计算第一节点位置气流角:
α1[i][j][k]=atan(Wt[i][j][k]/Wm[i][j][k])(3)
其中,α1[i][j][k]可以表示动叶段的第一节点位置气流角,Wt[i][j][k]可以表示第一切向分速度,Wm[i][j][k]可以表示第一轴向分速度。
可选的,绝对速度可以包括第二切向分速度和第二轴向分速度,可以根据第二切向分速度和第二轴向分速度,确定第二网格节点对应的第二节点位置气流角。其中,第二切向分速度是指静叶段的流体绝对速度在切线方向上的分速度,第二轴向分速度是指静叶段的流体绝对速度在轴向上的分速度。
举例而言,可以通过关系式(4)计算第二节点位置气流角:
α2[i][j][k]=atan(Ct[i][j][k]/Cm[i][j][k])(4)
其中,α2[i][j][k]可以表示静叶段的第二节点位置气流角,Ct[i][j][k]可以表示第二切向分速度,Cm[i][j][k]可以表示第二轴向分速度。可以基于关系式(3)和关系式(4)计算得到任意网格节点对应的节点位置气流角。
在本公开的一个示例实施例中,子午向结构图可以包括叶片区段,可以通过图6中的步骤实现通过子午向结构图确定各网格节点对应的节点位置叶片几何角,参考图6所示,具体可以包括:
步骤S610,在所述叶片区段上构建准正交线,并对所述准正交线进行插值,确定至少一个插值点;
步骤S620,确定所述插值点对应的插值位置叶片几何角;
步骤S630,依次连接所述插值点进行样条拟合,且拟合位置延伸到所述叶片区段对应的叶片入口段和叶片出口段得到样条曲线;
步骤S640,通过预设的子午向网格节点数量和所述插值点叶片几何角,对所述样条曲线进行插值得到各所述网格节点对应的节点位置叶片几何角。
其中,叶片区段是指轴流式叶轮机械在单流道的子午面上属于叶片结构的区域,叶片区段可以包括动叶区段和静叶区段,可以根据叶片参数绘制得到单流道子午面上的叶片区段。叶片入口段和叶片出口段分别是指子午向结构图上叶片区段相邻的部分区段,具体可以认为是流体流入叶片区段所对应的区段以及流体流出叶片区段所对应的区段。
插值位置叶片几何角是指叶片区段上插值点位置处对应的叶片几何角,样条曲线(Spline Curves)是指给定一组指定点拟合得到的曲线。
通过对叶片区段上的准正交线进行插值得到的插值点,拟合得到拟合位置延伸到叶片区段对应的叶片入口段和叶片出口段得到的样条曲线,进而通过各插值点对应的插值位置叶片几何角以及样条曲线,得到样条曲线上任意网格节点处对应的节点位置叶片几何角。
图7示意性示出了根据本公开的一些实施例的构成样条曲线的原理示意图。
参考图7所示,可以确定计算网格710对应的子午向结构720,其中子午向结构720可以包括叶片区段721和非叶片区段722。以叶片区段721中的动叶区段730为例,动叶区段730可以包括机匣型线731和轮毂型线732,可以在机匣型线731和轮毂型线732之间构建动叶区段730对应的准正交线733,并对准正交线733进行插值,例如可以按照预先设置的插值数进行插值,或者,可以生成随机数进行插值,确定至少一个插值点734,从而可以依次连接插值点734进行样条拟合,且拟合位置延伸到动叶区段730对应的叶片入口段740和叶片出口段750得到样条曲线735。当然,可以理解的是,图7中仅是示意性举例说明,并不应对本示例实施例造成任何特殊限定。
可选的,可以通过以下步骤实现确定插值点对应的插值位置叶片几何角:
可以获取叶片区段对应的轮毂位置叶片几何角和机匣位置叶片几何角,进而可以根据轮毂位置叶片几何角和机匣位置叶片几何角,以及插值点的插值位置与轮毂位置和机匣位置之间的位置关系,确定插值位置叶片几何角。
其中,轮毂位置叶片几何角是指叶片区段上叶片与轮毂型线之间所构成的叶片几何角,机匣位置叶片几何角是指叶片区段上叶片与机匣型线之间所构成的叶片几何角。
在根据叶片参数绘制得到叶片区段之后,轮毂位置叶片几何角和机匣位置叶片几何角即为已知量,因此可以根据插值点的插值位置与轮毂位置和机匣位置之间的位置关系,计算得到各插值点所对应的插值位置叶片几何角。例如,插值点的插值位置与轮毂位置和机匣位置之间的位置关系可以通过插值点到轴流式叶轮机械的轴心的距离,到轮毂位置和机匣位置分别到轴流式叶轮机械的轴心的距离之间的比例关系表示。
举例而言,可以通过关系式(5)确定插值点对应的插值位置叶片几何角:
β[n][k]=(Rs[n]-Rk[n])×βh[n]/(Rs[n]-Rh[n])+(Rk[n]-Rh[n])×βs[n]/(Rs[n]-Rh[n])(5)
其中,β[n][k]可以表示任意准正交线插值点k位置处的插值位置叶片几何角,βh[n]可以表示任意准正交线轮毂位置处的轮毂位置叶片几何角,βs[n]可以表示任意准正交线机匣位置处的机匣位置叶片几何角,Rs[n]可以表示任意准正交线的机匣半径(即机匣位置到轴心的距离),Rk[n]可以表示任意准正交线的轮毂半径(即轮毂位置到轴心的距离),Rh[n]可以表示任意准正交线的插值点k位置处的半径(即插值点位置到轴心的距离)。
在本公开的一个示例实施例中,可以通过图8中的步骤实现基于节点位置气流角和节点位置叶片几何角,确定轴流式叶轮机械修正后的叶片性能角模型,参考图8所示,具体可以包括:
步骤S810,基于所述节点位置气流角确定叶片入口段网格节点对应的第一气流角和叶片出口段网格节点对应的第二气流角;
步骤S820,基于所述节点位置叶片几何角确定所述叶片入口段网格节点对应的第一叶片几何角和所述叶片出口段网格节点对应的第二叶片几何角;
步骤S830,获取叶片入口段周向网格节点数,并根据所述叶片入口段周向网格节点数、所述第一气流角和所述第一叶片几何角,确定所述轴流式叶轮机械修正后的所述叶片攻角模型;
步骤S840,获取叶片出口段周向网格节点数,并根据所述叶片出口段周向网格节点数、所述第二气流角和所述第二叶片几何角,确定所述轴流式叶轮机械修正后的所述叶片落后角模型。
其中,第一气流角是指叶片入口段网格节点对应的气流角,第二气流角是指叶片出口段网格节点对应的气流角,第一叶片几何角是指叶片入口段网格节点对应的叶片几何角,第二叶片几何角是指叶片出口段网格节点对应的叶片几何角。
需要说明的是,本实施例中的“第一”、“第二”仅用于区分不同区段的网格节点对应的气流角以及叶片几何角,没有任何特殊含义,并不应对本示例实施例造成任何特殊限定。
举例而言,可以通过关系式(6)表示轴流式叶轮机械修正后的叶片攻角模型,具体如下:
i[k]=Σ(βin,[i][k]-αin,[i][k])/i(6)
其中,i[k]可以表示任意叶片段的展向位置k处的平均攻角,βin,[i][k]可以表示任意叶片入口段展向第k层网格周向第i个网格节点位置处的叶片几何角,即第一叶片几何角,αin,[i][k]可以表示任意叶片入口段展向第k层网格周向第i个网格节点位置处的叶片几何角,即第一气流角,i可以表示任意叶片入口段展向第k层网格的周向网格节点数。
可以通过关系式(7)表示轴流式叶轮机械修正后的叶片落后角模型,具体如下:
δ[k]=Σ(βout,[i][k]-αout,[i][k])/i(7)
其中,δ[k]可以表示任意叶片段的展向位置k处的平均落后角,βout,[i][k]可以表示任意叶片出口段展向第k层网格周向第i个网格节点位置处的叶片几何角,即第二叶片几何角,αout,[i][k]可以表示任意叶片出口段展向第k层网格周向第i个网格节点位置处的叶片几何角,即第二气流角,i可以表示任意叶片出口段展向第k层网格的周向网格节点数。
通过关系式(6)可以计算得到任意叶片段的展向位置k处的平均攻角,即构成轴流式叶轮机械修正后的叶片攻角模型;通过关系式(7)可以计算得到任意叶片段的展向位置k处的平均落后角,即构成轴流式叶轮机械修正后的叶片落后角模型。
需要说明的是,尽管在附图中以特定顺序描述了本公开中方法的各个步骤,但是,这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些步骤,或是必须执行全部所示的步骤才能实现期望的结果。附加的或备选的,可以省略某些步骤,将多个步骤合并为一个步骤执行,以及/或者将一个步骤分解为多个步骤执行等。
此外,在本示例实施例中,还提供了一种叶片性能角模型修正装置。参照图9所示,该叶片性能角模型修正装置900包括:气动参数获取模块910、气流角确定模块920、叶片几何角确定模块930以及性能角模型生成模块940。其中:
气动参数获取模块910用于获取轴流式叶轮机械的CFD仿真结果,所述CFD仿真结果包括计算网格上各网格节点的节点气动参数;
气流角确定模块920用于根据所述节点气动参数确定各所述网格节点对应的节点位置气流角;
叶片几何角确定模块930用于通过所述计算网格对应的子午向结构图,确定各所述网格节点对应的节点位置叶片几何角;
性能角模型生成模块940用于基于所述节点位置气流角和所述节点位置叶片几何角,确定所述轴流式叶轮机械修正后的叶片性能角模型。
在本公开的一种示例性实施例中,基于前述方案,叶片性能角模型可以包括叶片攻角模型和叶片落后角模型,性能角模型生成模块940可以用于:
基于所述节点位置气流角确定叶片入口段网格节点对应的第一气流角和叶片出口段网格节点对应的第二气流角;
基于所述节点位置叶片几何角确定所述叶片入口段网格节点对应的第一叶片几何角和所述叶片出口段网格节点对应的第二叶片几何角;
获取叶片入口段周向网格节点数,并根据所述叶片入口段周向网格节点数、所述第一气流角和所述第一叶片几何角,确定所述轴流式叶轮机械修正后的所述叶片攻角模型;
获取叶片出口段周向网格节点数,并根据所述叶片出口段周向网格节点数、所述第二气流角和所述第二叶片几何角,确定所述轴流式叶轮机械修正后的所述叶片落后角模型。
在本公开的一种示例性实施例中,基于前述方案,节点气动参数可以包括动叶段对应的第一网格节点的相对速度,以及静叶段对应的第二网格节点的绝对速度;气流角确定模块920可以用于:
根据所述相对速度确定所述第一网格节点对应的第一节点位置气流角;
根据所述绝对速度确定所述第二网格节点对应的第二节点位置气流角;
基于所述第一节点位置气流角和所述第二节点位置气流角,得到任意所述网格节点对应的节点位置气流角。
在本公开的一种示例性实施例中,基于前述方案,相对速度可以包括第一切向分速度和第一轴向分速度,气流角确定模块920可以用于:
根据所述第一切向分速度和所述第一轴向分速度,确定所述第一网格节点对应的第一节点位置气流角。
在本公开的一种示例性实施例中,基于前述方案,绝对速度可以包括第二切向分速度和第二轴向分速度,气流角确定模块920可以用于:
根据所述第二切向分速度和所述第二轴向分速度,确定所述第二网格节点对应的第二节点位置气流角。
在本公开的一种示例性实施例中,基于前述方案,子午向结构图可以包括叶片区段,叶片几何角确定模块930可以用于:
在所述叶片区段上构建准正交线,并对所述准正交线进行插值,确定至少一个插值点;
确定所述插值点对应的插值位置叶片几何角;
依次连接所述插值点进行样条拟合,且拟合位置延伸到所述叶片区段对应的叶片入口段和叶片出口段得到样条曲线;
通过预设的子午向网格节点数量和所述插值点叶片几何角,对所述样条曲线进行插值得到各所述网格节点对应的节点位置叶片几何角。
在本公开的一种示例性实施例中,基于前述方案,叶片几何角确定模块930可以用于:
获取所述叶片区段对应的轮毂位置叶片几何角和机匣位置叶片几何角;
根据所述轮毂位置叶片几何角和所述机匣位置叶片几何角,以及所述插值点的插值位置与轮毂位置和机匣位置之间的位置关系,确定所述插值位置叶片几何角。
上述中叶片性能角模型修正装置各模块的具体细节已经在对应的叶片性能角模型修正方法中进行了详细的描述,因此此处不再赘述。
应当注意,尽管在上文详细描述中提及了叶片性能角模型修正装置的若干模块或者单元,但是这种划分并非强制性的。实际上,根据本公开的实施方式,上文描述的两个或更多模块或者单元的特征和功能可以在一个模块或者单元中具体化。反之,上文描述的一个模块或者单元的特征和功能可以进一步划分为由多个模块或者单元来具体化。
此外,在本公开的示例性实施例中,还提供了一种能够实现上述叶片性能角模型修正方法的电子设备。
所属技术领域的技术人员能够理解,本公开的各个方面可以实现为系统、方法或程序产品。因此,本公开的各个方面可以具体实现为以下形式,即:完全的硬件实施例、完全的软件实施例(包括固件、微代码等),或硬件和软件方面结合的实施例,这里可以统称为“电路”、“模块”或“系统”。
下面参照图10来描述根据本公开的这种实施例的电子设备1000。图10所示的电子设备1000仅仅是一个示例,不应对本公开实施例的功能和使用范围带来任何限制。
如图10所示,电子设备1000以通用计算设备的形式表现。电子设备1000的组件可以包括但不限于:上述至少一个处理单元1010、上述至少一个存储单元1020、连接不同系统组件(包括存储单元1020和处理单元1010)的总线1030、显示单元1040。
其中,所述存储单元存储有程序代码,所述程序代码可以被所述处理单元1010执行,使得所述处理单元1010执行本说明书上述“示例性方法”部分中描述的根据本公开各种示例性实施例的步骤。例如,所述处理单元1010可以执行如图2中所示的步骤S210,获取轴流式叶轮机械的CFD仿真结果,所述CFD仿真结果包括计算网格上各网格节点的节点气动参数;步骤S220,根据所述节点气动参数确定各所述网格节点对应的节点位置气流角;步骤S230,通过所述计算网格对应的子午向结构图,确定各所述网格节点对应的节点位置叶片几何角;步骤S240,基于所述节点位置气流角和所述节点位置叶片几何角,确定所述轴流式叶轮机械修正后的叶片性能角模型。
存储单元1020可以包括易失性存储单元形式的可读介质,例如随机存取存储单元(RAM)1021和/或高速缓存存储单元1022,还可以进一步包括只读存储单元(ROM)1023。
存储单元1020还可以包括具有一组(至少一个)程序模块1025的程序/实用工具1024,这样的程序模块1025包括但不限于:操作系统、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据,这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。
总线1030可以为表示几类总线结构中的一种或多种,包括存储单元总线或者存储单元控制器、外围总线、图形加速端口、处理单元或者使用多种总线结构中的任意总线结构的局域总线。
电子设备1000也可以与一个或多个外部设备1070(例如键盘、指向设备、蓝牙设备等)通信,还可与一个或者多个使得用户能与该电子设备1000交互的设备通信,和/或与使得该电子设备1000能与一个或多个其它计算设备进行通信的任何设备(例如路由器、调制解调器等等)通信。这种通信可以通过输入/输出(I/O)接口1050进行。并且,电子设备1000还可以通过网络适配器1060与一个或者多个网络(例如局域网(LAN),广域网(WAN)和/或公共网络,例如因特网)通信。如图所示,网络适配器1060通过总线1030与电子设备1000的其它模块通信。应当明白,尽管图中未示出,可以结合电子设备1000使用其它硬件和/或软件模块,包括但不限于:微代码、设备驱动器、冗余处理单元、外部磁盘驱动阵列、RAID系统、磁带驱动器以及数据备份存储系统等。
通过以上的实施例的描述,本领域的技术人员易于理解,这里描述的示例实施例可以通过软件实现,也可以通过软件结合必要的硬件的方式来实现。因此,根据本公开实施例的技术方案可以以软件产品的形式体现出来,该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是CD-ROM,U盘,移动硬盘等)中或网络上,包括若干指令以使得一台计算设备(可以是个人计算机、服务器、终端装置、或者网络设备等)执行根据本公开实施例的方法。
在本公开的示例性实施例中,还提供了一种计算机可读存储介质,其上存储有能够实现本说明书上述方法的程序产品。在一些可能的实施例中,本公开的各个方面还可以实现为一种程序产品的形式,其包括程序代码,当所述程序产品在终端设备上运行时,所述程序代码用于使所述终端设备执行本说明书上述“示例性方法”部分中描述的根据本公开各种示例性实施例的步骤。
参考图11所示,描述了根据本公开的实施例的用于实现上述叶片性能角模型修正方法的程序产品1100,其可以采用便携式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)并包括程序代码,并可以在终端设备,例如个人电脑上运行。然而,本公开的程序产品不限于此,在本文件中,可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质,该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。
所述程序产品可以采用一个或多个可读介质的任意组合。可读介质可以是可读信号介质或者可读存储介质。可读存储介质例如可以为但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件,或者任意以上的组合。可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括:具有一个或多个导线的电连接、便携式盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。
计算机可读信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号,其中承载了可读程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式,包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。可读信号介质还可以是可读存储介质以外的任何可读介质,该可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。
可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输,包括但不限于无线、有线、光缆、RF等等,或者上述的任意合适的组合。
可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本公开操作的程序代码,所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、C++等,还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算设备上执行、部分地在用户设备上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算设备上部分在远程计算设备上执行、或者完全在远程计算设备或服务器上执行。在涉及远程计算设备的情形中,远程计算设备可以通过任意种类的网络,包括局域网(LAN)或广域网(WAN),连接到用户计算设备,或者,可以连接到外部计算设备(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
此外,上述附图仅是根据本公开示例性实施例的方法所包括的处理的示意性说明,而不是限制目的。易于理解,上述附图所示的处理并不表明或限制这些处理的时间顺序。另外,也易于理解,这些处理可以是例如在多个模块中同步或异步执行的。
通过以上的实施例的描述,本领域的技术人员易于理解,这里描述的示例实施例可以通过软件实现,也可以通过软件结合必要的硬件的方式来实现。因此,根据本公开实施例的技术方案可以以软件产品的形式体现出来,该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是CD-ROM,U盘,移动硬盘等)中或网络上,包括若干指令以使得一台计算设备(可以是个人计算机、服务器、触控终端、或者网络设备等)执行根据本公开实施例的方法。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后,将容易想到本公开的其它实施例。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化,这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的,本公开的真正范围和精神由权利要求指出。
应当理解的是,本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构,并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。
Claims (10)
1.一种叶片性能角模型修正方法,其特征在于,包括:
获取轴流式叶轮机械的CFD仿真结果,所述CFD仿真结果包括计算网格上各网格节点的节点气动参数;
根据所述节点气动参数确定各所述网格节点对应的节点位置气流角;
通过所述计算网格对应的子午向结构图,确定各所述网格节点对应的节点位置叶片几何角;
基于所述节点位置气流角和所述节点位置叶片几何角,确定所述轴流式叶轮机械修正后的叶片性能角模型。
2.根据权利要求1所述的叶片性能角模型修正方法,其特征在于,所述叶片性能角模型包括叶片攻角模型和叶片落后角模型,所述基于所述节点位置气流角和所述节点位置叶片几何角,确定所述轴流式叶轮机械修正后的叶片性能角模型,包括:
基于所述节点位置气流角确定叶片入口段网格节点对应的第一气流角和叶片出口段网格节点对应的第二气流角;
基于所述节点位置叶片几何角确定所述叶片入口段网格节点对应的第一叶片几何角和所述叶片出口段网格节点对应的第二叶片几何角;
获取叶片入口段周向网格节点数,并根据所述叶片入口段周向网格节点数、所述第一气流角和所述第一叶片几何角,确定所述轴流式叶轮机械修正后的所述叶片攻角模型;
获取叶片出口段周向网格节点数,并根据所述叶片出口段周向网格节点数、所述第二气流角和所述第二叶片几何角,确定所述轴流式叶轮机械修正后的所述叶片落后角模型。
3.根据权利要求1所述的叶片性能角模型修正方法,其特征在于,所述节点气动参数包括动叶段对应的第一网格节点的相对速度,以及静叶段对应的第二网格节点的绝对速度;所述根据所述节点气动参数确定各所述网格节点对应的节点位置气流角,包括:
根据所述相对速度确定所述第一网格节点对应的第一节点位置气流角;
根据所述绝对速度确定所述第二网格节点对应的第二节点位置气流角;
基于所述第一节点位置气流角和所述第二节点位置气流角,得到任意所述网格节点对应的节点位置气流角。
4.根据权利要求3所述的叶片性能角模型修正方法,其特征在于,所述相对速度包括第一切向分速度和第一轴向分速度,所述根据所述相对速度确定所述第一网格节点对应的第一节点位置气流角,包括:
根据所述第一切向分速度和所述第一轴向分速度,确定所述第一网格节点对应的第一节点位置气流角。
5.根据权利要求3所述的叶片性能角模型修正方法,其特征在于,所述绝对速度包括第二切向分速度和第二轴向分速度,所述根据所述绝对速度确定所述第二网格节点对应的第二节点位置气流角,包括:
根据所述第二切向分速度和所述第二轴向分速度,确定所述第二网格节点对应的第二节点位置气流角。
6.根据权利要求1所述的叶片性能角模型修正方法,其特征在于,所述子午向结构图包括叶片区段,所述通过所述计算网格对应的子午向结构图,确定各所述网格节点对应的节点位置叶片几何角,包括:
在所述叶片区段上构建准正交线,并对所述准正交线进行插值,确定至少一个插值点;
确定所述插值点对应的插值位置叶片几何角;
依次连接所述插值点进行样条拟合,且拟合位置延伸到所述叶片区段对应的叶片入口段和叶片出口段得到样条曲线;
通过预设的子午向网格节点数量和所述插值点叶片几何角,对所述样条曲线进行插值得到各所述网格节点对应的节点位置叶片几何角。
7.根据权利要求6所述的叶片性能角模型修正方法,其特征在于,所述确定所述插值点对应的插值位置叶片几何角,包括:
获取所述叶片区段对应的轮毂位置叶片几何角和机匣位置叶片几何角;
根据所述轮毂位置叶片几何角和所述机匣位置叶片几何角,以及所述插值点的插值位置与轮毂位置和机匣位置之间的位置关系,确定所述插值位置叶片几何角。
8.一种叶片性能角模型修正装置,其特征在于,包括:
气动参数获取模块,用于获取轴流式叶轮机械的CFD仿真结果,所述CFD仿真结果包括计算网格上各网格节点的节点气动参数;
气流角确定模块,用于根据所述节点气动参数确定各所述网格节点对应的节点位置气流角;
叶片几何角确定模块,用于通过所述计算网格对应的子午向结构图,确定各所述网格节点对应的节点位置叶片几何角;
性能角模型生成模块,用于基于所述节点位置气流角和所述节点位置叶片几何角,确定所述轴流式叶轮机械修正后的叶片性能角模型。
9.一种电子设备,其特征在于,包括:
处理器;以及
存储器,所述存储器上存储有计算机可读指令,所述计算机可读指令被所述处理器执行时实现如权利要求1至7中任一项所述的叶片性能角模型修正方法。
10.一种计算机可读存储介质,其特征在于,其上存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7中任一项所述的叶片性能角模型修正方法。
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