CN116663202A - 一种多级轴流压气机性能仿真模型的校核方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于多级轴流压气机性能仿真技术领域，提供了一种多级轴流压气机性能仿真模型的校核方法，校核方法包括S1、提取压气机性能仿真模型中的多个关键模型；S2、对压气机进行性能试验，获取性能试验结果；S3、基于性能试验结果、压气机性能影响重要性排序、以及压气机性能仿真模型的仿真计算，对压气机性能仿真模型进行多次校核，依次获取所有关键模型的校核系数，并获取最终的压气机性能仿真模型。经上述校核方法校核后的最终的压气机性能仿真模型，能够大幅度提高压气机性能仿真程序的计算精度，其对支撑压气机方案设计和压气机改型具有重要的作用。

Description

一种多级轴流压气机性能仿真模型的校核方法

技术领域

本发明属于多级轴流压气机性能仿真技术领域，涉及一种多级轴流压气机性能仿真模型的校核方法。

背景技术

在多级轴流压气机设计体系中，精准预估压气机设计方案的性能是压气机设计的关键环节，性能仿真程序的精度对压气机设计至关重要。当前压气机工程设计中常用的性能仿真程序是基于大量已有性能试验结果建立关键模型得到的，关键模型的计算精度直接决定了性能仿真程序的计算精度。然而面对高负荷、高通流、多级数等不同设计特点的压气机，难做到一套通用的模型，因此在实际工程设计中，需要根据压气机部件性能试验结果对关键模型进行校核以提升性能仿真精度，以便于后续的压气机方案设计。

在压气机性能仿真程序中，由于模型数量多并且模型之间关联关系非常复杂，为了保证程序计算精度和稳定性，选择合适的模型校核方法至关重要。目前，现有的性能仿真程序模型校核通常根据使用者的习惯以及针对不同压气机选择不同的校核方法，但是，压气机性能仿真模型中对关键模型的选择、关键模型的校核顺序、以及模型校核方式都因校核人员不同而具有较大差异，进而没有适用于各种类型压气机中关键模型通用的校核方法。

鉴于此，本发明通过总结大量压气机工程设计中的性能仿真模型校核经验，设计了一套通用的多级轴流压气机性能仿真程序中的模型校核方法。

发明内容

本发明的目的在于公开一种多级轴流压气机性能仿真模型的校核方法，该方法能够提高压气机性能仿真程序的计算精度，实现其关键模型校核的通用性及规范化，保证校核后的模型计算精度和工程适用性。

实现发明目的的技术方案如下：一种多级轴流压气机性能仿真模型的校核方法，包括：

S1、提取压气机性能仿真模型中的多个关键模型；

S2、对压气机进行性能试验，获取性能试验结果；

S3、基于性能试验结果、压气机性能影响重要性排序、以及压气机性能仿真模型的仿真计算，对压气机性能仿真模型进行多次校核，依次获取所有关键模型的校核系数，并获取最终的压气机性能仿真模型。

进一步地，步骤S1中，所述提取压气机性能仿真模型中的多个关键模型，包括：

S11、对压气机性能仿真模型中所有子模型进行压气机性能影响的敏感性分析；

S12、基于敏感性分析结果，提取影响压气机性能的子模型作为关键模型，并获取关键模型的压气机性能影响重要性排序。

进一步地，步骤S3中，所述基于性能试验结果、压气机性能影响重要性排序、以及压气机性能仿真模型的仿真计算，对压气机性能仿真模型进行多次校核，依次获取所有关键模型的校核系数，并获取最终的压气机性能仿真模型，包括：

S31、采用压气机性能仿真模型进行仿真计算，获取仿真结果，所述仿真结果包括各关键模型输出的仿真结果；

S32、基于压气机性能影响重要性排序，获取被校核的关键模型；

S33、计算性能试验结果与被校核的关键模型输出的仿真结果的偏差值；

S34、基于偏差值对压气机性能仿真模型校核，获取该关键模型的校核系数，以及获取校核后的压气机性能仿真模型；

S35、使用校核后的压气机性能仿真模型进行仿真计算，并重复S32~S34直至获取所有关键模型的校核系数，以及获取最终的压气机性能仿真模型。

进一步地，所述关键模型包括效率模型、流量模型、喘振边界模型，所述关键模型中压气机性能影响重要性排序由大到小依次为所述效率模型、所述流量模型、所述喘振边界模型;

所述校核系数包括效率模型校核系数、流量模型校核系数、喘振边界模型校核系数,且获取所述校核系数的顺序依次为效率模型校核系数、流量模型校核系数、喘振边界模型校核系数。

进一步地，当被校核的关键模型为效率模型时，所述偏差值为效率偏差，所述校核系数为效率模型校核系数；

当被校核的关键模型为流量模型时，所述偏差值为流量偏差，所述校核系数为流量模型校核系数；

当被校核的关键模型为喘振边界模型时，所述偏差值为喘振边界偏差，所述校核系数为喘振边界模型校核系数。

进一步地，压气机的性能试验包括对压气机各个转速进行试验，以获取各转速下的性能试验结果；压气机性能仿真模型的仿真计算是对压气机各个转速进行仿真，以获取各转速下的仿真结果；

所述仿真结果包括各转速下的仿真效率值、仿真流量值、以及仿真喘振边界，所述性能试验结果包括各转速下的试验效率值、试验流量值、以及试验喘振边界；

所述校核系数包括各转速下的校核系数。

进一步地，所述流量模型校核系数的范围为0.8~1.1，所述流量模型校核系数的范围为0.5~2.0，所述喘振边界模型校核系数的范围0.6~1.6。

在一个改进的实施例中，上述多级轴流压气机性能仿真模型的校核方法，还包括：

S4、对步骤S3获取最终的压气机性能仿真模型进行性能仿真计算，将性能仿真计算结果与步骤S2中性能试验结果比较，依据比较结果对步骤S3校核后的最终的压气机性能仿真模型进行评估。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明公开的多级轴流压气机性能仿真模型的校核方法，是基于性能性能试验结果，以及关键模型的压气机性能影响重要性排序，对压气机性能仿真模型中的关键模型依次进行校核，经校核后的最终的压气机性能仿真模型，能够大幅度提高压气机性能仿真程序的计算精度，其对支撑压气机方案设计和压气机改型具有重要的作用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本发明多级轴流压气机性能仿真模型的校核方法的流程图；

图2为具体实施方式中校核前压气机性能的仿真结果与性能试验结果中不同转速下换算流量与压比的曲线图；

图3为具体实施方式中校核前压气机性能的仿真结果与性能试验结果对比中不同转速下换算流量与效率的曲线图；

图4为具体实施方式中第一次校核后的压气机性能仿真模型的仿真结果与性能试验结果对比中不同转速下换算流量与效率的曲线图；

图5为具体实施方式中第二次校核后的压气机性能仿真模型的仿真结果与性能试验结果对比中不同转速下换算流量与压比的曲线图；

图6为具体实施方式中第三次校核后的压气机性能仿真模型的仿真结果与性能试验结果对比中不同转速下换算流量与压比的曲线图；

图7为具体实施方式中第三次校核后的压气机性能仿真模型的仿真结果与性能试验结果对比中不同转速下换算流量与效率的曲线图。

具体实施方式

下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但这些实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。

本具体实施方式公开了一种多级轴流压气机性能仿真模型的校核方法，参见图1所示，校核包括：

S1、提取压气机性能仿真模型中的多个关键模型。

压气机性能仿真模型包含多个子模型，各子模型与影响压气机性能的因素一一对应，通过各个子模型对压气机进行仿真计算，实现对压气机性能分析。

而一般来说，影响压气机性能的因素是比较多的，有些因素对压气机性能影响大，有些则较小，因此对压气机性能仿真模型中影响压气机性能较大的子模型对压气机性能分析是比较重要的，需要对其准确性进行校核。

在本步骤的一个可选的实施例中，所述提取压气机性能仿真模型中的多个关键模型，包括：

S11、对压气机性能仿真模型中所有子模型进行压气机性能影响的敏感性分析；

S12、基于敏感性分析结果，提取影响压气机性能的子模型作为关键模型，并获取关键模型的压气机性能影响重要性排序。

经上述分析后，得到的关键模型包括效率模型、流量模型、喘振边界模型，且上述3个关键模型对压气机性能影响重要性排序由大到小依次为所述效率模型、所述流量模型、所述喘振边界模型。

S2、对压气机进行性能试验，获取性能试验结果。

在对压气机进行性能试验时，可以通采集性能试验结果，采用通用的方法计算获取性能试验结果，性能试验结果包括试验效率值、试验流量值、以及试验喘振边界。

S3、基于性能试验结果、压气机性能影响重要性排序、以及压气机性能仿真模型的仿真计算，对压气机性能仿真模型进行多次校核，依次获取所有关键模型的校核系数，并获取最终的压气机性能仿真模型。

上述校核系数包括效率模型校核系数、流量模型校核系数、喘振边界模型校核系数,且获取所述校核系数的顺序依次为效率模型校核系数、流量模型校核系数、喘振边界模型校核系数。

在一个可选的实施例中，所述基于性能试验结果、压气机性能影响重要性排序、以及压气机性能仿真模型的仿真计算，对压气机性能仿真模型进行多次校核，依次获取所有关键模型的校核系数，并获取最终的压气机性能仿真模型，包括：

S31、采用压气机性能仿真模型进行仿真计算，获取仿真结果，所述仿真结果包括各关键模型输出的仿真结果。

S32、基于压气机性能影响重要性排序，获取被校核的关键模型。

S33、计算性能试验结果与被校核的关键模型输出的仿真结果的偏差值。

S34、基于偏差值对压气机性能仿真模型校核，获取该关键模型的校核系数，以及获取校核后的压气机性能仿真模型。

S35、使用校核后的压气机性能仿真模型进行仿真计算，并重复S32~S34直至获取所有关键模型的校核系数，以及获取最终的压气机性能仿真模型。

具体来说，当被校核的关键模型为效率模型时，所述偏差值为效率偏差，所述校核系数为效率模型校核系数；当被校核的关键模型为流量模型时，所述偏差值为流量偏差，所述校核系数为流量模型校核系数；当被校核的关键模型为喘振边界模型时，所述偏差值为喘振边界偏差，所述校核系数为喘振边界模型校核系数。

校核的过程为：先对效率模型进行校核，获取效率模型校核系数和第一次校核后的压气机性能仿真模型；用第一次校核后的压气机性能仿真模型进行仿真计算，对流量模型进行校核，获取流量模型校核系数和第二次校核后的压气机性能仿真模型；用第二次校核后的压气机性能仿真模型进行仿真计算，对喘振边界模型进行校核，获取喘振边界模型校核系数和第三次校核后的压气机性能仿真模型，也即最终的压气机性能仿真模型。

在一个可选的实施例中，上述步骤S2和S3中，压气机的性能试验包括对压气机各个转速进行试验，以获取各转速下的性能试验结果；压气机性能仿真模型的仿真计算是对压气机各个转速进行仿真，以获取各转速下的仿真结果，具体的，所述仿真结果包括各转速下的仿真效率值、仿真流量值、以及仿真喘振边界，所述性能试验结果包括各转速下的试验效率值、试验流量值、以及试验喘振边界；所述校核系数包括各转速下的校核系数。

在一个改进的实施例中，上述多级轴流压气机性能仿真模型的校核方法，参见图1所示，校核方法还包括：

S4、对步骤S3获取最终的压气机性能仿真模型进行性能仿真计算，将性能仿真计算结果与步骤S2中性能试验结果比较，依据比较结果对步骤S3校核后的最终的压气机性能仿真模型进行评估。

以下通过压气机性能仿真模型中效率模型、流量模型、喘振边界模型共3个关键模型的校核为例，对上述校核方法进行说明：

1.初始的压气机性能仿真模型中关键模型包括效率模型、流量模型、喘振边界模型，其中上述3个关键模型中，压气机性能影响重要性排序为效率模型＞流量模型＞喘振边界模型。

仿真结果包括0.9、0.95、1.0三个转速下的仿真效率值、仿真流量值、仿真喘振边界。对压气机进行0.9、0.95、1.0三个转速下的性能试验得到性能试验结果，包括0.9、0.95、1.0三个转速下的试验效率值、试验流量值、以及试验喘振边界。

其中，模型校核前的仿真结果与性能试验结果对比示意图参见图2和图3所示，其中图2为不同转速下换算流量与压比的曲线图，图3为不同转速下换算流量与效率的曲线图。

2.依次对效率模型、流量模型、喘振边界模型进行校核，获得各自的校核系数。

2.1 首先对效率模型校核，得到第一次校核后的压气机性能仿真模型

定义效率模型和效率模型校核系数/>，效率模型/>的表达式为：

(1)

公式（1）中为转子的最大效率、/>为静子叶栅的最大效率；/>为级的反力度；为考虑级最大效率流量系数偏离转子进口最佳流量系数程度的计算值、/>为考虑级最大效率流量系数偏离静子进口最佳流量系数程度的计算值，/>为与叶片长度和速度有关的转子叶排最大效率计算值；/>为考虑转子径向间隙泄露的效率计算值；/>为定义的效率模型校核系数。

通过调整的大小，以改变效率模型输出的仿真效率值的大小，使得初始的压气机性能仿真模型中效率模型输出的仿真效率值与试验效率值相等，用调整后的/>更新效率模型，得到第一次校核后的压气机性能仿真模型。

其中，第一次校核后的压气机性能仿真模型中效率模型的仿真结果与性能试验结果对比示意图，即不同转速下换算流量与效率的曲线图参见图4所示。

2.2 然后对流量模型校核，得到第二次校核后的压气机性能仿真模型

定义流量模型和流量模型校核系数/>，流量模型/>的表达式为：

（2）

公式（2）中为叶型中线最大弯度点相对坐标；/>为叶型出口构造角；/>为进口栅距计算的叶栅稠度；/>为叶型弯角。

使用第一次校核后的压气机性能仿真模型中流量模型获取仿真流量值；通过调整的大小，以改变流量模型输出的仿真流量值的大小，使得第一次校核后的压气机性能仿真模型中流量模型输出的仿真流量值与试验流量值相等，用调整后的/>更新流量模型，得到第二次校核后的压气机性能仿真模型。

其中，第二次校核后的压气机性能仿真模型中流量模型的仿真结果与性能试验结果对比示意图，即不同转速下换算流量与压比的曲线图参见图5所示。

2.3 最后对喘振边界模型校核，得到最终的压气机性能仿真模型

定义喘振边界模型和喘振边界模型校核系数/>，喘振边界模型/>的表达式为：

（3）

公式（3）中为与相对换算转速和转子进口轮毂比有关的系数，/>为考虑雷诺数的系数。

使用第二次校核后的压气机性能仿真模型中喘振边界模型获取仿真喘振边界；通过调整的大小，以改变喘振边界模型输出的仿真喘振边界的大小，使得第一次校核后的压气机性能仿真模型中喘振边界模型输出的仿真喘振边界与试验喘振边界相同，用调整后的/>更新喘振边界模型，得到第三次校核后的压气机性能仿真模型，也即最终的压气机性能仿真模型。

其中，第三次校核后的压气机性能仿真模型的仿真结果与性能试验结果对比参见图6和图7，其中图6为不同转速下换算流量与压比的曲线图，图7为不同转速下换算流量与效率的曲线图，从图2、图3、图6、图7中展示的结果可知，经模型校准后仿真结果更加接近试验结果。

通过上述过程，得到所述流量模型校核系数的范围为0.8~1.1，所述流量模型校核系数的范围为0.5~2.0，所述喘振边界模型校核系数的范围0.6~1.6。

本发明公开的上述多级轴流压气机性能仿真模型的校核方法，是基于性能试验结果，以及关键模型的压气机性能影响重要性排序，对压气机性能仿真模型中的关键模型依次进行校核，经校核后的最终的压气机性能仿真模型，能够大幅度提高压气机性能仿真程序的计算精度，其对支撑压气机方案设计和压气机改型具有重要的作用。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.一种多级轴流压气机性能仿真模型的校核方法，其特征在于，包括：

S1、提取压气机性能仿真模型中的多个关键模型；

S2、对压气机进行性能试验，获取性能试验结果；

S3、基于性能试验结果、压气机性能影响重要性排序、以及压气机性能仿真模型的仿真计算，对压气机性能仿真模型进行多次校核，依次获取所有关键模型的校核系数，并获取最终的压气机性能仿真模型。

2.根据权利要求1所述的多级轴流压气机性能仿真模型的校核方法，其特征在于，步骤S1中，所述提取压气机性能仿真模型中的多个关键模型，包括：

S11、对压气机性能仿真模型中所有子模型进行压气机性能影响的敏感性分析；

S12、基于敏感性分析结果，提取影响压气机性能的子模型作为关键模型，并获取关键模型的压气机性能影响重要性排序。

3.根据权利要求2所述的多级轴流压气机性能仿真模型的校核方法，其特征在于，步骤S3中，所述基于性能试验结果、压气机性能影响重要性排序、以及压气机性能仿真模型的仿真计算，对压气机性能仿真模型进行多次校核，依次获取所有关键模型的校核系数，并获取最终的压气机性能仿真模型，包括：

S31、采用压气机性能仿真模型进行仿真计算，获取仿真结果，所述仿真结果包括各关键模型输出的仿真结果；

S32、基于压气机性能影响重要性排序，获取被校核的关键模型；

S33、计算性能试验结果与被校核的关键模型输出的仿真结果的偏差值；

S34、基于偏差值对压气机性能仿真模型校核，获取该关键模型的校核系数，以及获取校核后的压气机性能仿真模型；

S35、使用校核后的压气机性能仿真模型进行仿真计算，并重复S32~S34直至获取所有关键模型的校核系数，以及获取最终的压气机性能仿真模型。

4.根据权利要求3所述的多级轴流压气机性能仿真模型的校核方法，其特征在于，所述关键模型包括效率模型、流量模型、喘振边界模型，所述关键模型中压气机性能影响重要性排序由大到小依次为所述效率模型、所述流量模型、所述喘振边界模型;

所述校核系数包括效率模型校核系数、流量模型校核系数、喘振边界模型校核系数,且获取所述校核系数的顺序依次为效率模型校核系数、流量模型校核系数、喘振边界模型校核系数。

5.根据权利要求4所述的多级轴流压气机性能仿真模型的校核方法，其特征在于，当被校核的关键模型为效率模型时，所述偏差值为效率偏差，所述校核系数为效率模型校核系数；

当被校核的关键模型为流量模型时，所述偏差值为流量偏差，所述校核系数为流量模型校核系数；

当被校核的关键模型为喘振边界模型时，所述偏差值为喘振边界偏差，所述校核系数为喘振边界模型校核系数。

6.根据权利要求4所述的多级轴流压气机性能仿真模型的校核方法，其特征在于，压气机的性能试验包括对压气机各个转速进行试验，以获取各转速下的性能试验结果；压气机性能仿真模型的仿真计算是对压气机各个转速进行仿真，以获取各转速下的仿真结果；

所述仿真结果包括各转速下的仿真效率值、仿真流量值、以及仿真喘振边界，所述性能试验结果包括各转速下的试验效率值、试验流量值、以及试验喘振边界；

所述校核系数包括各转速下的校核系数。

7.根据权利要求4所述的多级轴流压气机性能仿真模型的校核方法，其特征在于，所述流量模型校核系数的范围为0.8~1.1，所述流量模型校核系数的范围为0.5~2.0，所述喘振边界模型校核系数的范围0.6~1.6。

8.根据权利要求1~7任一项所述的多级轴流压气机性能仿真模型的校核方法，其特征在于，还包括：

S4、对步骤S3获取最终的压气机性能仿真模型进行性能仿真计算，将性能仿真计算结果与步骤S2中性能试验结果比较，依据比较结果对步骤S3校核后的最终的压气机性能仿真模型进行评估。