一种涡轮旋转盘腔流动换热公式修正系数确定方法
【技术领域】
[0001]本发明属于航空发动机涡轮旋转盘腔流动换热试验领域，具体涉及一种涡轮旋转盘腔流动换热公式修正系数确定方法。
【背景技术】
[0002]在合理的热力循环参数匹配下，提高压气机增压比和涡轮进口温度，是调高燃气涡轮发动机性能，特别是推重比的主要措施，其中，涡轮叶片和涡轮盘的换热问题直接关系到发动机的效率、可靠性和寿命。
[0003]目前国内已有的旋转盘腔流动换热试验转速较低，且旋转盘腔结构简单，仅进行原理研究，难以模拟航空发动机高转速、高温、大流量的实际状态，因此这些原理性试验中得到的换热准则公式推广到发动机实际状态存在超范围使用和不适用的问题，需要一种利用航空发动机真实工作状态真实涡轮结构旋转盘腔试验结果确定已有换热准则公式修正系数的方法。
【发明内容】
[0004]为了解决上述问题，本发明提供了一种涡轮旋转盘腔流动换热公式修正系数确定方法，应用于航空发动机涡轮旋转盘腔流动换热试验领域，也适用于其他透平机械试验领域，该方法主要包括以下步骤:
[0005]S1、自涡轮旋转盘的盘心至盘缘做切面，所述切面包括多条边；
[0006]S2、在所述切面的边缘上的选取多个测温点；
[0007]S3、对多个测温点分别进行温度测量；
[0008]S4、根据测量的温度对所述切面进行实际温度场计算，绘制所述切面的实际温度场；
[0009]S5、对所述切面的任意一条边，选取任一流动传热计算公式计算该边的三类边界，并用所述三类边界替换该边上测量的温度，绘制所述切面的计算温度场；
[0010]S6、比较所述实际温度场与所述计算温度场；
[0011]S7、选取另一流动传热计算公式计算与所述步骤S5中选取的同一条边的三类边界，重复步骤S5及S6，直至选出与实际温度场最接近的计算温度场，所述最接近的计算温度场是指该计算温度场与实际温度场温度差的绝对值最小；
[0012]S8、对生成最接近的计算温度场的流动传热计算公式进行系数修正，在修正系数范围内，从起点以修正系数步长Μ递增至终点，由此获得的多个修正系数分别乘以该流动传热计算公式，并分别计算与所述步骤S5中选取的同一条边的三类边界，绘制修正温度场，找出修正温度场与所述实际温度场的温度差在给定的温差范围内的修正系数。
[0013]S9、通过步骤S8中最终得到的修正系数修正步骤S8中的流动传热计算公式。
[0014]优选的是，所述多个测温点均布在所述切面的边缘上。
[0015]在上述方案中优选的是，所述多个测温点的选取包括:
[0016]选取平面上任一点作为圆心，以长度r为半径做圆，使所述圆与所述切面相交，记录所述圆与所述切面的交点；
[0017]设置步长L，以r±nL为半径，重新做圆，记录新圆与所述切面的交点，其中η为正整数，从1递增，直至所述新圆不再与所述切面相交，
[0018]其中，所述交点即为所述测温点。
[0019]在上述方案中优选的是，所所述比较实际温度场与计算温度场的步骤包括对所述实际温度场与所述计算温度场做差，并绘制差值温度场。
[0020]在上述方案中优选的是，所在所述步骤S8中，所述修正系数范围为0.1?20，所述修正系数步长Μ为0.1。
[0021]在上述方案中优选的是，所所述实际温度场、计算温度场、差值温度场以及修正温度场均采用有限元分析软件制作。
[0022]在上述方案中优选的是，所所述给定的温差范围为0?1°C。
[0023]通过本发明提供的系数修正确定方法可以更准确的获得适用于航空发动机涡轮盘的流动换热计算。
【附图说明】
[0024]图1为按照本发明的一优选实施例的涡轮旋转盘腔流动换热公式修正系数确定方法的涡轮盘切面结构示意图。
[0025]图2为图1所示实施例的测温点选取示意图。
[0026]图3为图1所示实施例的实际温度场示意图。
[0027]图4为图1所示实施例的计算温度场示意图。
[0028]图5为图1所示实施例的差值温度场示意图。
【具体实施方式】
[0029]为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
[0030]在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底” “内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
[0031]本发明目的是解决目前已有的旋转盘腔原理性试验中得到的换热准则公式推广到发动机实际状态存在超范围使用和不适用的问题，特别提供一种利用航空发动机真实工作状态真实涡轮结构旋转盘腔试验结果确定已有换热准则公式修正系数的方法。
[0032]涡轮旋转盘腔流动换热公式修正系数确定方法，主要包括以下步骤:
[0033]S1、自涡轮旋转盘的盘心至盘缘做切面，所述切面包括多条边；
[0034]S2、在所述切面的边缘上的选取多个测温点；
[0035]S3、对多个测温点分别进行温度测量；
[0036]S4、根据测量的温度对所述切面进行实际温度场计算，绘制所述切面的实际温度场；
[0037]S5、对所述切面的任意一条边，选取任一流动传热计算公式计算该边的三类边界，并用所述三类边界替换该边上测量的温度，绘制所述切面的计算温度场；
[0038]S6、比较所述实际温度场与所述计算温度场；
[0039]S7、选取另一流动传热计算公式计算与所述步骤S5中选取的同一条边的三类边界，重复步骤S5及S6，直至选出与实际温度场最接近的计算温度场，所述最接近的计算温度场是指该计算温度场与实际温度场温度差的绝对值最小；
[0040]S8、对生成最接近的计算温度场的流动传热计算公式进行系数修正，在修正系数范围内，从起点以修正系数步长Μ递增至终点，由此获得的多个修正系数分别乘以该流动传热计算公式，并分别计算与所述步骤S5中选取的同一条边的三类边界，绘制修正温度场，找出修正温度场与所述实际温度场的温度差在给定的温差范围内的修正系数。
[0041]S9、通过步骤S8中最终得到的修正系数修正步骤S8中的流动传热计算公式。
[0042]图1给出了涡轮旋转盘的盘心至盘缘所做的切面示意图，由该图可以看出，其切面为对称分布的多边形，图2给出了其上分布的多个测温区域，需要说明的是，这里的每一个测温区域内包含有多个测温点，所述多个测温点均布在所述切面的边缘上。在本实施例中，图2中没一个黑点表示一个测温点，共计包含36个测温点，分布在12个测温区域内，这12个测温区域分别为盘心及盘缘处的C7、C1，盘心、盘缘之间的C2Z、C2Y、C3Z、C3Y、C4Z、C4Y、C5Z、C5Y、C6Z以及C6Y，经过测量得知，C2Z、C2Y区域的温度为550K，C3Z、C3Y区域的温度为450K，C4Z、C4Y区域的温度为400K，C5Z、C5Y区域的温度为350K，C6Z、C6Y区域的温度为350K，C7区域的温度为300K。需要说明的是，上述某一测温区域内如果包含多个测温点，则取多个温度的平均温度作为本区域的实测温度，参与后续温度场的计算。
[0043]进一步需要明确的是，所述多个测温点的选取方法多样，理论上，本实施例应当包含有多个测温点以及尽量使这些测温点均匀分布到所述切面的边缘位置上，优选的是，本实施例提供了一种具体的测温点确定方法，其包括:
[0044]选取平面上任一点作为圆心，以长度r为半径做圆，使所述圆与所述切面相交，记录所述圆与所述切面的交点；
[0045]设置步长L，以r±nL为半径，重新做圆，记录新圆