(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 202210916959.4 (22)申请日 2022.08.01 (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 (72)发明人 张伟昊　刘宗旺　 (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 30/17(2020.01) G06F 30/20(2020.01) F01D 21/00(2006.01) G06F 113/08(2020.01) (54)发明名称 基于快速流量匹配计算的轴流多级涡轮一 维特性计算方法 (57)摘要 本发明提供一种基于快速流量匹配计算的 轴流多级涡轮一维特性计算方法， 包括以下步 骤： S1、 根据一维反问题 计算， 得到轴流涡 轮子午 流道几何尺寸参数以及叶型几何重要参数； S2、 根据需求， 选择转速， 并给定合适的出口背压变 化范围； S3、 通过改变背压， 利用流量匹配方法， 得到涡轮效率与流量， 并得到对应的膨胀比； S4、 根据需求， 可改变不同转速， 重复步骤S  2、 S 3的 过程； S5、 得到涡轮的效率特性线与流量特性线。 本发明由于轴流涡轮的特性常规的三维计算较 慢， 可以通过该一维特性方法进行快速评估， 且 在涡轮堵塞与非堵塞状态下的特性计算有较高 精度。 权利要求书2页 说明书5页 附图5页 CN 115270341 A 2022.11.01 CN 115270341 A 1.基于快速流量匹配计算的轴流多级涡轮一维特性计算方法， 其特征在于， 包括以下 步骤： S1、 根据一维反问题计算， 得到轴流涡轮子午流道几何尺寸参数以及叶型几何重要参 数； S2、 根据需求， 选择转速， 并给定合 适的出口背压变化范围； S3、 通过改变背压， 利用流 量匹配方法， 得到涡轮效率与流 量， 并得到对应的膨胀比； S4、 根据需求， 改变不同转速， 重复步骤S2、 S3的过程； S5、 得到涡轮的效率特性线与流 量特性线。 2.根据权利要求1所述的基于快速流量匹配计算的轴流多级涡轮一维特性计算方法， 其特征在于， 步骤S3所述的流 量匹配方法， 包括以下步骤： S31、 对涡轮各个截面的静压初始化； S32、 根据迭代计算， 得到各个截面的流 量； S33、 判断各个截面流量是否满足相同或者满足收敛条件， 满足则匹配完成， 不满足执 行步骤S34； S34、 利用静压与流 量关系对各个截面静压进行 更新； S35、 更新到末级动叶出口截面时， 利用出口计算的截面流量更新涡轮进口的进口马赫 数， 至此更新完毕， 执 行步骤S3后续部分。 3.根据权利要求2所述的基于快速流量匹配计算的轴流多级涡轮一维特性计算方法， 其特征在于， 步骤S3后续部分为： 堵塞处的出口气流角通过 下式来计算： 式中， αc1为叶片临界出口气流角， Gcr临界流量， 为叶片进口总温， A1为叶片出口面积， P1*为叶片出口总压， Mac1为临界马赫数， K为常数， 出口堵塞流量为喉道处的临界流量， 由下 式计算得到： 其中， 下标t表示喉道位置， σ(Macr)为总压恢复系数， 为叶片进口总压， 这 里构造新的 函数f(Ma)， 表达式如下 所示： f(Ma)＝q(Ma)σ(Ma) 展开后得到： 对上式求 导， 得最大流 量对应的Ma值； 背压初始给定一个值开始计算， 保证涡轮没有堵塞， 随着背压的降低， 流量增加， 在进 行流量匹配的同时， 计算各个叶片喉道处的临界流量， 并得到对应的临界背压， 当背压低于权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115270341 A 2临界背压时， 认定该叶片处堵塞， 流量为当地的临界流量， 同时改变气流角的计算方法， 其 计算步骤如下： (1)进行流 量匹配； (2)利用上面的计算方法得到各个叶片排喉道临界流 量， 并比较大小得到最小值； (3)匹配后的流量与临界流量最小值进行比较， 若大于出口背压且没有到堵塞区域， 则 执行步骤(4)， 若小于出口背压， 适当降低或增大出口背压， 且已进入堵塞区域内， 执行步骤 (1)， 当匹配后流量与临界流量最小值相同或满足收敛条件， 则该背压已经达到临界背压 处； (4)改变背压； 背压低于临界背压时， 涡轮进入堵塞状态， 对于堵塞后的计算过程如下： (1)计算临界流量后， 记录临界流量最小值叶片排位置， 并让该位置上游气动参数保持 不变； (2)堵塞下游第一个截面到末级动叶出口截面进行流 量匹配计算； (3)对下游叶片的临界流 量进行计算， 并比较得到最小值； (4)该最小值临界流量与堵塞流量进行比较， 若大于堵塞流量， 则改变背压， 未进入局 部堵塞区间， 执行步骤(1)， 若小于堵塞流量， 则陷入局部堵塞区间， 对其背压进 行增大或减 小处理， 并执行步骤(2)， 若临界流量与堵塞流量相同或满足收敛条件， 则该背压为相应临 界流量最小值对应的叶片的局部堵塞点， 则执 行步骤(5)； (5)记录下游最后一个堵塞叶片排上游的所有参数， 改变背压， 执行步骤(2)， 直到计算 完成背压变化 最小值， 计算完毕。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115270341 A 3