一种基于有效辐射推导涡轮叶片壁温的方法

本申请涉及航空发动机温度测量，具体地，涉及一种基于有效辐射推导涡轮叶片壁温的方法。

背景技术：

1、航空发动机研究领域，涡轮叶片壁温的获取至关重要。由于热端部件所处的环境复杂，且受到壁面及燃气辐射干扰，导致涡轮叶片壁温的获取十分困难。目前常用的计算涡轮叶片壁温的方法缺乏对叶片表面网格单元的进一步细化分解，导致获取的叶片壁温不够准确。

技术实现思路

1、为了克服现有技术中的至少一个不足，本申请提供一种基于有效辐射推导涡轮叶片壁温的方法。

2、第一方面，提供一种基于有效辐射推导涡轮叶片壁温的方法，包括：

3、步骤1，将计算域划分网格；计算域除了叶片表面的某一任意表面记为第一表面；

4、步骤2，确定每个网格的面积、任意两个网格之间的距离；

5、步骤3，基于每个网格的面积、任意两个网格之间的距离，确定第一表面中任意网格对叶片表面中任意网格的角系数，以及叶片表面中任意网格对第一表面中任意网格的角系数；

6、步骤4，根据角系数构建角系数矩阵；

7、步骤5，根据角系数矩阵、前一次迭代得到的每个网格的壁温，确定当前次迭代的有效辐射列矩阵；有效辐射列矩阵中的元素为每个网格的有效辐射；

8、步骤6，根据当前次迭代的有效辐射列矩阵确定壁温矩阵，壁温矩阵中的元素为当前次迭代的每个网格的壁温；

9、步骤7，判断当前次迭代的每个网格的有效辐射与前一次迭代的对应网格的有效辐射的差值是否小于设定值，若是，执行步骤8，若否，返回步骤5，将当前次迭代的每个网格的壁温作为下一次迭代的每个网格的壁温；

10、步骤8，输出当前次迭代的每个网格的壁温中属于叶片表面的网格的壁温。

11、在一个实施例中，第一表面中任意网格对叶片表面中任意网格的角系数，采用以下公式：

12、

13、其中，φ1,2为第一表面中任意网格对所叶片表面中任意网格的角系数，da2为叶片表面中任意网格的面积，θ1为第一表面中任意网格的法向量与两个网格中心点连线的夹角，θ2为叶片表面中任意网格的法向量与两个网格中心点连线的夹角，r为两个网格中心点之间的距离。

14、在一个实施例中，叶片表面中任意网格对第一表面中任意网格的角系数，采用以下公式：

15、

16、其中，φ2,1为叶片表面中任意网格对第一表面中任意网格的角系数，da1为第一表面中任意网格的面积，θ1为第一表面中任意网格的法向量与两个网格中心点连线的夹角，θ2为叶片表面中任意网格的法向量与两个网格中心点连线的夹角，r为两个网格中心点之间的距离。

17、在一个实施例中，有效辐射列矩阵，采用以下公式：

18、

19、其中，[j]为有效辐射列矩阵，σ为黑体辐射常数，[t4]为温度四次方列矩阵，温度四次方列矩阵中的元素为每个网格的壁温，[a]为角系数矩阵。

20、在一个实施例中，每个网格的壁温，采用以下公式：

21、

22、其中，t-eff为每个网格的壁温，j为有效辐射列矩阵中的每个网格的有效辐射，ε为网格的发射率，σ为黑体辐射常数。

23、在一个实施例中，方法还包括：

24、根据边界条件预设每个网格的初始温度，计算每个网格的黑体辐射力大小；

25、判断黑体辐射力大小是否正确；

26、当黑体辐射力大小正确时，执行步骤3。

27、在一个实施例中，方法还包括：

28、将第一表面中任意网格对叶片表面中任意网格的角系数，记为第一角系数；将叶片表面中任意网格对第一表面中任意网格的角系数，记为第二角系数；

29、基于每个网格的面积、任意两个网格之间的距离，计算叶片表面中的任意两个网格的角系数，记为第三角系数；

30、累加所有的第一角系数和第三角系数，得到累加值；

31、若累加值近似等于1，则角系数计算准确，否则，角系数计算不准确；

32、当角系数计算准确时，执行步骤4。

33、第二方面，提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，以实现上述的基于有效辐射推导涡轮叶片壁温的方法。

34、第三方面，提供一种计算机程序产品，包括计算机程序/指令，计算机程序/指令被处理器执行时，以实现上述的基于有效辐射推导涡轮叶片壁温的方法。

35、相对于现有技术而言，本申请具有以下有益效果：本申请提供一种基于有效辐射推导涡轮叶片壁温的方法，该方法通过准确描述涡轮叶片有效辐射的分布情况来达到对叶片精确测温的目的。在实际测量中，由于两表面间的相对位置的变化，使得一个表面发出的辐射量到达另一个表面的比例随之变化，本申请可以快速准确求解出空间中细小网格之间的角系数和有效辐射，更准确的分析涡轮叶片的壁面温度分布情况；本申请基于涡轮叶片红外测温的辐射修正研究，提供了一种便捷方法，具有计算便捷、准确，且计算结果可靠等优点，在涡轮叶片红外测温的辐射修正和叶片温度的精确测量方面具有一定的指导意义。

技术特征：

1.一种基于有效辐射推导涡轮叶片壁温的方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一表面中任意网格对所述叶片表面中任意网格的角系数，采用以下公式：

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述叶片表面中任意网格对所述第一表面中任意网格的角系数，采用以下公式：

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述有效辐射列矩阵，采用以下公式：

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述每个网格的壁温，采用以下公式：

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，以实现权利要求1-7任意一项所述的基于有效辐射推导涡轮叶片壁温的方法。

9.一种计算机程序产品，其特征在于，包括计算机程序/指令，所述计算机程序/指令被处理器执行时，以实现权利要求1-7任意一项所述的基于有效辐射推导涡轮叶片壁温的方法。

技术总结
本申请涉及一种基于有效辐射推导涡轮叶片壁温的方法，该方法通过准确描述涡轮叶片有效辐射的分布情况来达到对叶片精确测温的目的。在实际测量中，由于两表面间的相对位置的变化，使得一个表面发出的辐射量到达另一个表面的比例随之变化，本申请可以快速准确求解出空间中细小网格之间的角系数和有效辐射，更准确的分析涡轮叶片的壁面温度分布情况；本申请基于涡轮叶片红外测温的辐射修正研究，提供了一种便捷方法，具有计算便捷、准确，且计算结果可靠等优点，在涡轮叶片红外测温的辐射修正和叶片温度的精确测量方面具有一定的指导意义。

技术研发人员：孟宪龙,李一帆,刘存良,曹飞飞,梁智杰,翟颖妮
受保护的技术使用者：西北工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/27