一种研究叶片积垢对多级轴流压气机性能影响的方法与流程

本技术涉及压气机，尤其涉及一种研究叶片积垢对多级轴流压气机性能影响的方法。

背景技术：

1、对重型燃机轮机发电机组而言，多级轴流压气机是其不可或缺的重要组成部分，但在实际运行过程中，由于运行工况的改变，压气机叶片会出现诸如腐蚀、磨损、积垢等一系列失效形式，导致多级轴流压气机的性能产生严重衰退，从而影响机组运行的效率和经济性。研究表明，叶片积垢是导致压气机性能退化的重要因素之一，压气机积垢可导致整个燃气轮机机组的输出功率减小近20％。

2、尽管压气机进口会设置多级过滤装置，但是大气环境中的微小颗粒(2μm以下)依然可以透过过滤装置进入压气机内部。且对于多级轴流压气机而言，其通流能力较强，吸入的空气量庞大，因此即时运行环境中的颗粒物浓度较低，也会有大量颗粒物伴随吸入的空气一起进入压气机内部。进入压气机内部的颗粒物会附着于压气机叶片表面，增大叶片表面的粗糙度并改变叶栅的几何形状，减小通道的有效流通面积，降低压气机的气动效率和通流能力，使压气机的性能产生严重衰退，进而影响燃气轮机的整机性能。因此，开展叶片积垢对多级轴流压气机运行性能影响的研究对工程实际具有重要的指导意义和价值。

3、现有的研究积垢对压气机运行性能影响的方法主要是通过给定叶片表面一定的等效砂砾粗糙度模拟积垢对压气机叶片表面粗糙度的改变进而研究积垢对压气机运行性能的影响，且给定的等效砂砾粗糙度沿叶片表面为均匀分布，与实际压气机叶片积垢后的情况差异较大，导致后续的数值研究结果与实际积垢后压气机的运行性能有出入。

技术实现思路

1、本技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

2、本技术第一方面实施例提出了一种研究叶片积垢对多级轴流压气机性能影响的方法，包括：s1，对待进行研究的多级轴流压气机进行三维测绘，并根据三维测绘获得的点云数据建立多级轴流压气机对应的初始多级轴流压气机模型；

3、s2，对初始多级轴流压气机模型进行流体域模型的构建；

4、s3，针对多级轴流压气机的各级动叶片、静叶片以及叶片外围流道，进行流体域的网格剖分；

5、s4，根据多级轴流压气机在实际生产中的运行工况，确定初始多级轴流压气机模型的进口边界条件、出口边界条件以及在运行工况下相关的颗粒物的颗粒物属性；

6、s5，根据进口边界条件、出口边界条件以及运行工况，对流体域进行数值求解，获得多级轴流压气机叶栅通道内的初始连续相空间流场解；

7、s6，根据颗粒物属性和初始连续相空间流场解，对离散项颗粒物进行求解，获取多级轴流压气机叶栅通道内颗粒物的初始迁移与沉积分布规律；

8、s7，根据叶栅通道内颗粒物的初始迁移与沉积分布规律，获取在目标模拟运行时长之后多级轴流压气机的各级叶片表面的积垢厚度分布，并根据各级叶片表面的积垢厚度分布，通过动态网格变形的方式得到颗粒物在沉积了目标模拟运行时长之后的目标多级轴流压气机积垢模型；

9、s8，以目标多级轴流压气机积垢模型作为研究对象，基于进口边界条件、出口边界条件以及运行工况，对流体域进行数值求解，获得在积垢模拟后多级轴流压气机叶栅通道内的目标连续相空间流场解；

10、s9，对比多级轴流压气机叶栅通道内的初始连续相空间流场解以及在积垢模拟后多级轴流压气机叶栅通道内的目标连续相空间流场解，分析叶片积垢对多级轴流压气机运行性能的影响。

11、根据本技术的一个实施例，根据叶栅通道内颗粒物的初始迁移与沉积分布规律，获取在目标模拟运行时长之后多级轴流压气机的各级叶片表面的积垢厚度分布，并根据各级叶片表面的积垢厚度分布，通过动态网格变形的方式得到颗粒物在沉积了目标模拟运行时长之后的目标多级轴流压气机积垢模型，包括：将目标模拟运行时长分为n个子模拟时长，根据叶栅通道内颗粒物的初始迁移与沉积分布规律，获取在第1个子模拟时长之后多级轴流压气机的各级叶片表面的积垢厚度分布，并根据各级叶片表面的积垢厚度分布，通过动态网格变形的方式得到颗粒物在沉积了第1个子模拟时长之后的第一多级轴流压气机积垢模型；对第一多级轴流压气机模型进行在颗粒物环境下的运行积垢模拟，根据进口边界条件、出口边界条件以及运行工况，对流体域进行数值求解，获得在第1个子模拟时长之后多级轴流压气机叶栅通道内的第一连续相空间流场解；根据颗粒物属性和第一连续相空间流场解，对离散项颗粒物进行求解，获取在第1个子模拟时长之后多级轴流压气机叶栅通道内颗粒物的第一迁移与沉积分布规律；在接下来每次获取第i个子模拟时长δti之后对应的多级轴流压气机积垢模型时，将第i-1个子模拟时长之后获得的多级轴流压气机积垢模型作为研究对象，求得该研究对象在第i个子模拟时长δti之后获得的多级轴流压气机积垢模型对应的连续相空间流场解和颗粒物的迁移与沉积分布规律，结合第i个子模拟时长δti内多级轴流压气机积垢模型对应的颗粒物的迁移与沉积分布规律，获取在第i个子模拟时长δti之后多级轴流压气机的各级叶片表面的积垢厚度分布，并根据各级叶片表面的积垢厚度分布，通过动态网格变形的方式得到颗粒物在沉积了第i个子模拟时长之后的多级轴流压气机积垢模型，重复上述每次获取第i个子模拟时长之后对应的多级轴流压气机积垢模型的步骤，直至获取到第n个子模拟时长δtn之后的目标多级轴流压气机积垢模型。

12、根据本技术的一个实施例，对待进行研究的多级轴流压气机进行三维测绘，并根据三维测绘获得的点云数据建立多级轴流压气机对应的初始多级轴流压气机模型，包括：对待进行研究的多级轴流压气机进行三维测绘，获取三维测绘得到的点云数据；对点云数据进行三维对齐，并通过不同叶高截面内的点云数据构建叶片型线，进而通过叶片型线的空间积叠得到初始多级轴流压气机模型。

13、根据本技术的一个实施例，对初始多级轴流压气机模型进行流体域模型的构建时，需在初始多级轴流压气机模型的进口段前方构建预设长度的颗粒入射进口段流体域。

14、根据本技术的一个实施例，进行流体域的网格剖分，包括：对初始多级轴流压气机模型的各叶片表面的面网格尺寸进行局部网格控制，保证各叶片表面的面网格尺寸在预设误差范围内；对颗粒入射进口段流体域进行面网格尺寸的局部控制，保证颗粒入射进口面的面网格尺寸在预设误差范围内。

15、根据本技术的一个实施例，在进行流体域的网格剖分时，对颗粒入射进口段流体域不进行边界层网格的划分。

16、根据本技术的一个实施例，对流体域进行数值求解时，将气体视为连续相，将颗粒物视为离散相，其中，连续相空间流场解的求解采用欧拉法，对离散项颗粒物进行求解采用拉格朗日法进行粒子轨迹求解。

17、根据本技术的一个实施例，在每次获取多级轴流压气机叶栅通道内的连续相空间流场解之后，采用加速沉积法进行离散相颗粒物的求解。

18、根据本技术的一个实施例，在将目标模拟运行时长分为n个子模拟时长时，对目标模拟运行时长进行平均分配，以获取n个子模拟时长。

19、根据本技术的一个实施例，在分析叶片积垢对多级轴流压气机运行性能的影响时，对多级轴流压气机的压气机总对总等熵效率、总压比、总温比和质量流量进行分析。

20、本技术至少实现以下有益效果：本技术对多级轴流压气机叶栅通道内的连续相空间流场进行求解进而获取叶栅通道内颗粒物的迁移与沉积分布规律，后续通过动态网格变形的方式根据叶片表面的积垢厚度分布对各网格单元进行动态变形模拟积垢对叶片几何形状的改变。采用此种方法，可以获取多级轴流压气机叶片表面颗粒物的沉积分布特征并通过动态网格变形对叶片表面的积垢进行非均匀模拟，使最终得到的积垢后的多级轴流压气机模型更加符合实际积垢后的多级轴流压气机，提高后续数值仿真结果的精度，显著提高了研究的准确度和可靠性。