一种涡轮叶栅叶顶间隙泄漏损失计算方法

本发明涉及航空发动机/燃气轮机涡轮叶栅流动损失评估领域，具体涉及一种涡轮叶栅叶顶间隙泄漏损失计算方法。

背景技术：

1、轴流涡轮是航空发动机、燃气轮机等动力装置的核心气动部件，其气动效率直接决定整机的动力性能、燃油经济性与运行可靠性。在涡轮转子结构设计中，动叶叶顶与机匣内壁之间不可避免存在装配间隙与热态运行间隙，受叶片压力面与吸力面的横向压差驱动，高压气流会穿过叶顶间隙从压力面侧向吸力面侧迁移，形成典型的叶顶间隙泄漏流动，并伴随泄漏涡卷起、主流剪切掺混、通道堵塞等复杂气动现象，产生显著的泄漏流动损失。

2、针对叶顶间隙泄漏损失的评估，传统技术主要依赖复杂的风洞实验测量方法，以风洞试验采集的流场数据为基础，开展泄漏损失的量化计算与分析。

3、实验测量方法受限于传感器空间分辨率及对流场的干扰，往往难以精确捕捉叶顶间隙内细微的泄漏涡结构及其演化过程，导致泄漏损失的量化存在较大不确定性。此外，现有方法大多未充分挖掘叶表静压分布与泄漏流动之间的内在关联，缺乏一种基于易测参数、物理意义明确且计算高效的泄漏损失估算方法。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种涡轮叶栅叶顶间隙泄漏损失计算方法，旨在解决现有技术中记载的上述问题。

2、为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案来实现：

3、一种涡轮叶栅叶顶间隙泄漏损失计算方法，包括以下步骤：

4、获取涡轮叶栅的叶表静压分布数据；

5、根据所述叶表静压分布数据，提取第一叶高处压力面与吸力面的静压差值，以及第二叶高处压力面与吸力面的静压差值，作为反映叶顶间隙泄漏流动特征的静压分布参数；

6、基于所述静压分布参数，结合涡轮叶栅的几何参数与叶顶间隙参数计算得到涡轮叶栅的叶顶间隙泄漏损失。

7、根据上述技术方案的一方面，所述第一叶高为0.5h，第二叶高为0.95h，h为叶栅通道高度。

8、根据上述技术方案的一方面，采用叶顶间隙泄漏损失系数量化表征所述叶顶间隙泄漏损失，定义为涡轮叶栅叶顶间隙泄漏流体所具有的动能与涡轮叶栅通道内流体所具有的总动能的比值。

9、根据上述技术方案的一方面，在计算所述叶栅通道内流体的总动能时，以工质在叶栅内做曲线运动时叶片吸力面与压力面的压差提供向心力为物理基础，结合叶型中弧线的几何参数与叶栅主流平均速度建立对应关系，通过0.5h叶高处的静压差值推导得到总动能。

10、根据上述技术方案的一方面，所述叶型中弧线采用圆弧近似处理，中弧线圆弧的半径由叶型弦长、叶型转角以及叶型修正系数共同确定；

11、其中，所述叶型修正系数用于表征叶型近似为圆弧的程度，当中弧线为标准圆弧时，所述叶型修正系数取值为1。

12、根据上述技术方案的一方面，在计算所述叶顶间隙泄漏流体的动能时，引入与叶顶间隙大小匹配的流量修正系数，结合叶顶间隙尺寸、栅距参数以及泄漏流体的平均速度进行计算。

13、根据上述技术方案的一方面，对叶栅吸力面与压力面的流动状态建立伯努利方程，将叶顶间隙区域的压差与泄漏流体的平均速度建立对应关系，通过0.95h叶高处的静压差值推导得到叶顶间隙泄漏流体的动能。

14、根据上述技术方案的一方面，所述叶顶间隙泄漏损失系数由叶型弦长、叶栅通道高度、叶型转角、叶型修正系数、流量修正系数、叶顶间隙大小，以及0.95h叶高处静压差值与0.5h叶高处静压差值的比值共同确定。

15、根据上述技术方案的一方面，所述叶表静压分布数据通过以下步骤实测获取：

16、在涡轮叶栅表面布设静压测孔；

17、在叶栅吸力面和压力面的0.5h叶高位置与0.95h叶高位置分别开设若干静压测孔；

18、将静压测孔的轴线设置为垂直于叶型表面，采集对应位置的当地静压值。

19、与现有技术相比，采用本发明所示的涡轮叶栅叶顶间隙泄漏损失计算方法，有益效果在于：

20、本发明基于叶表静压分布的涡轮叶栅叶顶间隙泄漏损失计算方法，通过获取涡轮叶栅叶表静压分布数据，提取特征叶高处压力面与吸力面的静压差值作为反映叶顶间隙泄漏流动特征的核心参数，结合涡轮叶栅几何参数与叶顶间隙参数即可完成泄漏损失的定量计算。相较于传统依赖高精度三维cfd全域数值模拟的泄漏损失预测方式，仅需二维叶栅静压试验或简化面静压仿真数据支撑，计算流程轻量化，可有效缩短涡轮叶栅间隙方案迭代周期，降低研发算力投入。且以静压场作为基础输入，不受额定设计点限制，变工况下仅更新对应工况叶表静压分布即可快速输出结果，对不同叶顶间隙宽度、叶片载荷分布及亚声/跨声速叶栅均具备稳定计算能力，既可用于新机方案预评估，也可适配在役机组间隙磨损后的损失校核，工程应用场景十分广泛。

1.一种涡轮叶栅叶顶间隙泄漏损失计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的涡轮叶栅叶顶间隙泄漏损失计算方法，其特征在于，所述第一叶高为0.5h，第二叶高为0.95h，h为叶栅通道高度。

3.根据权利要求2所述的涡轮叶栅叶顶间隙泄漏损失计算方法，其特征在于，采用叶顶间隙泄漏损失系数量化表征所述叶顶间隙泄漏损失，定义为涡轮叶栅叶顶间隙泄漏流体所具有的动能与涡轮叶栅通道内流体所具有的总动能的比值。

4.根据权利要求3所述的涡轮叶栅叶顶间隙泄漏损失计算方法，其特征在于，在计算所述叶栅通道内流体的总动能时，以工质在叶栅内做曲线运动时叶片吸力面与压力面的压差提供向心力为物理基础，结合叶型中弧线的几何参数与叶栅主流平均速度建立对应关系，通过0.5h叶高处的静压差值推导得到总动能。

5.根据权利要求4所述的涡轮叶栅叶顶间隙泄漏损失计算方法，其特征在于，所述叶型中弧线采用圆弧近似处理，中弧线圆弧的半径由叶型弦长、叶型转角以及叶型修正系数共同确定；

6.根据权利要求3所述的涡轮叶栅叶顶间隙泄漏损失计算方法，其特征在于，在计算所述叶顶间隙泄漏流体的动能时，引入与叶顶间隙大小匹配的流量修正系数，结合叶顶间隙尺寸、栅距参数以及泄漏流体的平均速度进行计算。

7.根据权利要求6所述的涡轮叶栅叶顶间隙泄漏损失计算方法，其特征在于，对叶栅吸力面与压力面的流动状态建立伯努利方程，将叶顶间隙区域的压差与泄漏流体的平均速度建立对应关系，通过0.95h叶高处的静压差值推导得到叶顶间隙泄漏流体的动能。

8.根据权利要求3所述的涡轮叶栅叶顶间隙泄漏损失计算方法，其特征在于，所述叶顶间隙泄漏损失系数由叶型弦长、叶栅通道高度、叶型转角、叶型修正系数、流量修正系数、叶顶间隙大小，以及0.95h叶高处静压差值与0.5h叶高处静压差值的比值共同确定。

9.根据权利要求1-8任一项所述的涡轮叶栅叶顶间隙泄漏损失计算方法，其特征在于，所述叶表静压分布数据通过以下步骤实测获取：