(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211130240.4 (22)申请日 2022.09.16 (71)申请人 北京航空航天大 学 地址 100089 北京市海淀区学院路37号 申请人 中国航发沈阳发动机 研究所 (72)发明人 张伟昊　穆雨墨　陈强　姜大鹏　 郝晟淳　王宇凡　蒋首民　 (74)专利代理 机构 四川省方圆智云知识产权代 理事务所(普通 合伙) 51368 专利代理师 王悦 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 119/06(2020.01) (54)发明名称 基于数值仿真数据的涡轮过渡过程性能参 数评估方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于数值仿真数据的涡 轮过渡过程性能参数评估方法， 包括： 根据动叶 通道长度确定并完成划分， 确定格点位置与单元 长度， 确定 t时刻格点参数， 计算 t+dt时刻格点位 置， 计算dt时刻段内单元参数变化量， 判断 t+dt 时刻截面位置， 对各单元参数变化量根据密流加 权积分， 计算控制体当地参数变化量， 修正结果， 完成计算。 本发明的优点是： 更贴近于对应稳态， 也更接近于实际情况， 反映了涡轮转子性能。 权利要求书1页 说明书5页 附图4页 CN 115470636 A 2022.12.13 CN 115470636 A 1.一种基于数值仿真数据的涡轮过渡过程性能参数评估方法， 其特征在于， 包括如下 步骤： S1： 预处理； S11： 根据数值模拟结果， 提取  t 时刻涡轮动叶通道的流向速度以及总温总压沿流向 的分布规 律； S12： 对动叶通道进行划分， 并将参数通过所在位置插值， 赋予划分格点上， 得到各格点 参数； S13： 计算相邻格点 参数平均值， 计为格点构成单 元的平均参数； S14： 计算工质在  t 时刻至 t+dt 时刻之间通过相邻节点的平均时间， 确定微元 时间  dt的选取依据： 式中x代表节点所在位置的轴向坐标， u代表节点所在位置对应轴向速度； S2： 确定 t+dt时刻对应相位的参数变化情况： S21： 确定微元时间 dt， 保证工质经 dt时间的输运长度远小于前述划分的微元长度， 即： S22： 提取数值模拟数据， 通过t时刻以及 t+Δt插值时刻的数值模拟结果， 通过插值确 定t+dt时刻的涡轮通道参数分布； 式中 代表任意一种参数的流向分布； S23： 计算在  t 时刻节点所在位置的工质输运到  t+dt时刻位置， 通过插值得到  t+dt 时刻的对应气流 参数， 进而得到 dt 时间段内的参数变化 量； S3： 加权积分； 当时间微元和空间微元 dt、dx足够小时， 可忽略在 dt时间内涡轮通道内的工质参数变 化； 根据前述 t+dt时刻的位置参数， 获得每个格点在 t+dt时刻对应工质参数及其变化量， 通过拟合可获得加权函数 I（x） ， 从而获得工质在 dt时间内参数变化量的加权积分式， 写作： 。 2.根据权利要求1所述的一种基于数值仿真数据的涡轮过渡过程性能参数评估方法， 其特征在于： 加权函数 I（x） 为t时刻和t+dt时刻对应 格点待求 参数之差， 包括： 静焓差： ； 总焓差： ； 等熵总焓差： ； 式中，h代表某时刻微元的焓， 不加上 标为静焓， 加上 标星号为总焓； 下 标is代表等熵。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115470636 A 2基于数值仿真数据的涡轮过渡过 程性能参数评估方 法 技术领域 [0001]本发明涉及涡轮瞬时功率计算技术领域， 特别涉及一种基于数值仿真数据的涡轮 过渡过程 性能参数评估方法。 背景技术 [0002]涡轮是发动机中必不可少的重要核心部件， 已在航空航天， 车船动力等方面得到 广泛应用， 是整个发动机中能量转换的重要机构 。 涡轮的工作包线的性能评估， 不仅需评估 涡轮的稳态性能， 还需评估其涡轮过渡态性能。 涡轮处于稳态状态下， 其通道参数如焓降/ 效率等可以等价写作进 出口参数的差值， 计算较为简便； 而在过渡状态， 涡轮的来流参数可 能随时间发生剧烈变化， 工质在涡轮通道内的传输需要时间， 进而导致其进出 口截面存在 显著的相位时间差， 这 导致涡轮瞬态性能参数 无法简单写作瞬时进出口 的参数差值。 [0003]涡轮瞬时功率的计算方法通常根据进出口总焓以及流量计算得到。 对于稳态过 程， 进出口参数不 随时间改变， 采用基于进出 口截面的控制 体计算方法与工质流经涡轮通 道的参数变化一致。 另一方面， 涡轮入口的瞬态压力， 流量等气动参数均在涡轮入口上游 位 置测得， 而瞬态输出功 率是由涡轮转子处测得， 二者的截面位置存在空间差异， 得到的瞬时 参数也将存在相位差。 涡轮处于过渡状态时， 若直接沿用稳态方法将气动参数直接用于瞬 时效率的计算， 可能会导 致瞬时效率超过1， 计算结果 也就失去了意 义。 [0004]目前， 国内外通常采用相位平移方法， 完成计算结果的相位匹配关系， 采用的相位 平移方法主要包括两类： 其一是认为进口压力和出 口压力， 或实际功和理想功的峰值点应 处于同一相位， 通过从不同位置测得/计算得到的相关参数随时间变化的曲线平移使得峰 值重合， 即认为完成了平移， 这种方法在数值计算中使用较多； 其二是将特征长度除以特征 速度得到相位平 移时间， 这种方法更多用于涡轮瞬态实验中。 [0005]峰值匹配方法可以直观明了的实现不同测量参数之间的相位 匹配， 此方法已经被 相关领域从事车用涡轮增压器瞬态特性研 究的国内外学者采纳。 纪旭娜[1]， 范厚传[2]等人 先后采用 进出口压力的峰值匹配方法计算相位移动时间， 以单位质量流体微团为研究对 象， 即认为进口高温/高压的流体微团， 出口也应 保持高温/高压。 类似地， Padzillah[3]比较 了实际功和等熵功在相位上的差异， 将二者的峰值匹配。 峰值匹配方法的主要问题在于， 当 涡轮进口参数的脉动频率较大时， 这种峰值匹配方法无法确保不同时刻的进 出口参数均能 完成相位上的对应匹配， 换言之， 峰值与谷值点的相位对应关系一般有 所差异， 这会导致瞬 态参数计算结果仍然存在相位上 的不匹配。 而另一方面， 特征时间计算法也已被很多学者 采纳， 近些年来， 随着对扰动传播机理的深入认识， 越来越多的学者如Copeland[4], Cao[5] 等提出根据进 出口平均工质输运速度与 平均当地声速之和的特征速度计算方法， 但特征长 度的选取仍然没有得到统一的认识。 事实上， 整个过渡状态的不同工况下， 测量参数间的相 位时间差不是定值， 峰值点与谷值点采用同一特征时间并不合理， 也会导致计算结果在过 渡过程的部分相位 仍然存在较大的相位 不匹配。 [0006]参考文献说　明　书 1/5 页 3 CN 115470636 A 3